Житель Северной Осетии построил ГЭС и попал под проверки — Российская газета

В Северной Осетии местный житель Эльбрус Налдикаев, который построил рядом со своим домом небольшую частную гидроэлектростанцию (ГЭС) и обеспечивает бесплатной энергией и себя, и весь поселок, не может ее узаконить.

Рядом с его жилищем протекает река Фиагдон — на нее он и установил мини-турбину собственного производства, а к ней подключил генератор. Однако гениальное в своей простоте новшество тут же оказалось вне закона: юридических документов, регламентирующих использование таких ГЭС, нет ни в стране, ни в республике.

Как только частная ГЭС начала работать, в гости к Эльбрусу пришли налоговые инспекторы

Эльбрус Налдикаев по специальности инженер-электрик и работает на одном из промышленных предприятий Владикавказа. До этого он несколько лет прожил в Китае, куда его пригласили работать в качестве специалиста с высокой квалификацией. Но когда контракт закончился, вернулся обратно в Осетию. Тогда у талантливого инженера и появилась идея использовать природные мощности реки Фиагдон для обеспечения бесплатной энергией себя и соседей.

— На реку я поставил обычную пропеллерную турбину, которую изготовил сам, — рассказывает Эльбрус Налдикаев. — Турбина соединена с редуктором, который вращает генератор и уже вырабатывает электричество. Мощность зависит от объема воды, которая проходит через турбину. В том месте, где у меня дом — место относительно равнинное и поэтому перепады высот небольшие, — не более трех метров. Соответственно, через турбину проходит около 1 кубометра воды в секунду, что дает мощность всего в 12 кВт, но этого достаточно, чтобы обеспечивать электроэнергией дом, а излишки я отдаю в общую сеть и питаю поселок. Летом получается, что на свои нужды я трачу примерно 30 процентов сгенерированной энергии, а 70 отдаю в сеть. Зимой — наоборот.

По словам Эльбруса, на строительство этой мини-электростанции потребовалось полгода. Главные финансовые расходы составили вовсе не создание турбины или генератора, а гидротехнические сооружения — надо было провести от реки канал длинной 90 метров и шириной 2,5 метра, забетонировать его. Сама же электростанция занимает площадь всего в 10 квадратных метров. Как только частная ГЭС начала действовать, в гости к Налдикаеву пришли налоговые инспекторы. По их мнению, инженер-изобретатель должен был платить налоги, раз он использует природные ресурсы и вырабатывает электричество. Однако спор быстро удалось уладить: нашелся федеральный закон, который гласит, что частные электростанции мощностью до 100 кВт не облагаются налогами. К тому же электроэнергию, которую генерирует ГЭС, Эльбрус Налдикаев использует только в личных целях для обеспечения дома, а излишки бесплатно отдает в сети поселка.

Заинтересовались изобретением Эльбруса и в МРСК Северного Кавказа. Специалисты электросетевой компании установили счетчики на частной ГЭС, чтобы регистрировать количество вырабатываемой энергии. По мнению инженера, подобные простейшие вещи, как частная ГЭС, в России не приживаются. Одна из главных причин — почти полное отсутствие каких-либо документов, регламентирующих статус человека, у которого есть свои генерирующие мощности, и его взаимоотношения с государственными электросетевыми компаниями.

Кстати

В начале февраля 2019 года Госдума приняла в первом чтении законопроект, разработанный Минэнерго России, «Об электроэнергетике» в части развития микрогенерации. Принятие законопроекта упростит процедуру размещения объектов микрогенерации, предоставит их владельцам возможность продавать излишки вырабатываемой электроэнергии на розничных рынках. К объектам микрогенерации относятся солнечная, ветровая, водная энергия с максимальной мощностью до 15 кВт.

Речь в документе идет в том числе и о небольшой гидроэлектростанции. Как, например, в австрийских Альпах, где практически на каждом водотоке стоит мини-ГЭС. «Актуальной становится формула «сам себе производитель и сам себе потребитель», — пояснил «РГ» профессор кафедры возобновляемых источников энергии РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина Константин Ильковский. — Но для обеспечения безопасного функционирования внутридомовых инженерных систем законопроект не предполагает возможности установки систем микрогенерации в многоквартирных жилых домах.

Директор Фонда энергетического развития Сергей Пикин считает, что этот законопроект про повышение эффективности, чтобы у владельцев частных домохозяйств возникло желание развивать новые источники микрогенерации. Документ необходим, чтобы узаконить деятельность домохозяйств, увлекающихся ВИЭ. По мнению эксперта, инвестиция в покупку ветряка окупится никогда.

При реализации законопроекта может возникнуть ряд сложностей. Например, выдача в сети, которые не готовы к приему электроэнергии от потребителя/производителя электроэнергии. Ведь по сути они должны работать в реверсном режиме. Конфигурация распределительной электросети должна быть изменена очень серьезно.

Кроме того, не решена проблема хранения электроэнергии. Для этого необходимы большие помещения, где были бы установлены накопители.

Подготовила Ольга Бухарова

Преимущества и недостатки гидроэлектростанций | Энергия

Преимущества гидроэлектростанций

• Работа ГЭС не сопровождается выделением угарного газа и углекислоты, окислов азота и серы, пылевых загрязнителей и других вредных отходов, не загрязняет почву. Некоторое количество тепла, образующегося из-за трения движущихся частей турбины, передается протекающей воде, но это количество редко бывает большим.
• Вода — возобновляемый источник энергии. По крайней мере до тех пор, пока ручьи и реки не пересохнут. Гидрологический цикл (круговорот воды в природе) пополняет источники потенциальной энергии за счет дождей, снегопадов и водостока.
• Производительность ГЭС легко контролировать, изменяя скорость водяного потока (объем воды, подводимый к турбинам).
• Водохранилища, сооружаемые для гидростанций, можно использовать в качестве зон отдыха, порой вокруг них складывается поистине захватывающий пейзаж.
• Вода в искусственных водохранилищах, как правило, чистая, так как примеси осаждаются на дне. Эту воду можно использовать для питья, мытья, купания и ирригации.

Недостатки гидроэлектростанций

• Большие водохранилища затопляют значительные участки земли, которые могли бы использоваться с другими целями. Целые города становились жертвами водохранилищ, что вызывало массовые переселения, недовольство и экономические трудности.
• Разрушение или авария плотины большой ГЭС практически неминуемо вызывает катастрофическое наводнение ниже по течению реки.
• Сооружение ГЭС неэффективно в равнинных районах.
• Протяженная засуха снижает и может даже прервать производство электроэнергии. ГЭС.
• Уровень воды в искусственных водохранилищах постоянно и резко меняется. На их берегах строить загородные дома не стоит!
• Плотина снижает уровень растворенного в воде кислорода, поскольку нормальное течение реки практически останавливается. Это может привести к гибели рыбы в искусственном водохранилище и поставить под угрозу растительную жизнь в самом водохранилище и вокруг него.
• Плотина может нарушить нерестовый цикл рыбы. С этой проблемой можно бороться, сооружая рыбоходы и рыбоподъемники в плотине или перемещая рыбу в места нереста с помощью ловушек и сетей. Однако это приводит к удорожанию строительства и эксплуатации ГЭС.

Вопрос

С учетом всех проблем использования природного топлива и ядерной энергии для производства электричества почему бы не сооружать больше гидроэлектростанций? В мире огромное количество рек. Разве не стоит строить как можно больше гидростанций?

Ответ

Большинство мест для строительства гидроэлектростанций уже используются. Количество плотин и водохранилищ, которые можно построить на реке, ограниченно. Энергия, отбираемая электростанцией у реки, уже не может использоваться ниже по течению. Если на реке построить слишком много электростанций, неминуемы экономические конфликты, связанные с распределением энергии.

Солнечный коллектор воздуха

Относительно недавно на рынке появились, и уже стали достаточно популярными, воздушные коллекторы на солнечных батареях. «Умельцы» собирают воздушные нагреватели из пивных банок и прочего мусора, снимают видео и обсуждают на форумах. В этой статье мы расскажем о конструкции воздушных коллекторов и о сфере их применения в строительстве домов.

Воздушный коллектор представляет собой некую плоскую камеру, черную изнутри, с одной прозрачной стенкой. С одной стороны в камеру заходит холодный воздух — с другой стороны выходит нагретый. Изготовить воздушный коллектор несложно, по крайней мере гораздо проще, чем водяной, но есть ряд тонкостей..

Насколько полезен воздушный солнечный коллектор?

Применяются воздушные коллектора либо для нагрева приточного воздуха в системах вентиляции, либо для нагрева воздуха в режиме рециркуляции. Вроде бы все просто, но возникает ряд логичных вопросов. Мы уже писали о сложностях солнечного отопления при помощи водяных солнечных коллекторов, с воздушными системами, ровно та же проблема —  солнце плохо светит зимой. Таким образом, применение солнечных коллекторов для отопления ограничено. Это могут быть:

• жилые дома в южных регионах;
• цеха, склады, производственные помещения;
• или дачи и теплицы, отапливаемые преимущественно в межсезонье.

Гораздо больший интерес представляет задача о нагреве приточного воздуха. Дело в том, что в зимний период, перед тем, как подавать свежий воздух в помещение, его нужно нагреть до температуры, близкой к комнатной, и именно для этих целей коллектор воздуха на солнечной энергии крайне полезен. Конечно, солнце зимой светит очень мало, но и приточного воздуха требуется не так уж много. 

Ранее, когда дома остекляли деревянными рамами, проблем с вентиляцией помещений не возникало. С санузле и на кухне работала естественная вытяжка, а свежей воздух поступал через щели в окнах. Сегодня ситуация иная — почти все окна заменены на пластиковые, квартира в целом становится герметичной и если нет дополнительной механической вентиляции, вытяжка не работает должным образом, а притока свежего воздуха практически нет. Между тем, для каждого человека нужно подавать до 60м³*час свежего воздуха, поэтому крайне важно летом открывать окна, а зимой иметь хоть какой-то приток.

Из этих соображений воздушный солнечный коллектор должен висеть на стене и подавать через эту самую стену воздух в комнату.

При этом коллектор должен иметь свой вентилятор, работающей от небольшой солнечной батареи, находящейся там же, где и само устройство. Принцип работы довольно прост, солнце светит, воздух нагревается, вентилятор крутится, происходит приток. Если солнце не светит, вентилятор не вращается, и подачи воздуха не происходит.

Именно такие солнечные системы российского производства поставляет наша компания. Небольшая солнечная батарея и вентилятор находятся непосредственно внутри коллектора, плюс само устройство работает как крупнодисперсный фильтр воздуха, что в городских условиях довольно важно. В результате система работает сама по себе, без подключения к электросети и может быть полезна в автономных системах, где подключение к сетевому электричеству отсутствует. Системы комплектуются крепежными элементами для крыши или фасада и системой управления и поставляются в собранном виде с детальной инструкцией по установке.

Конечно, сфера применения воздушных СК не столь велика, однако, при их помощи можно довольно просто и недорого решать очень важную задачу – приток свежего воздуха в помещение в зимний период.

Самые популярные модели воздушных солнечных коллекторов

SolarFox vsf-1w Тип крепления — к стене Макс. площадь, м² — 25 Воздушный поток, м³ — 35 Повышение темп., °С — 15-20°	SolarFox vsf-2w Тип крепления — к стене Макс. площадь, м² — 50 Воздушный поток, м³ — 90 Повышение темп., °С — 25-30°
SolarFox vsf-3w Тип крепления — к стене Макс. площадь, м² — 80 Воздушный поток, м³ — 110 Повышение темп., °С — 30-35°	SolarFox vsf-4w Тип крепления — к стене Макс. площадь, м² — 100 Воздушный поток, м³ — 140 Повышение темп., °С — 35-40°
SolarFox vsf-5w Тип крепления — к стене Макс. площадь, м² — 150 Воздушный поток, м³ — 200 Повышение темп., °С — 40-45°	SolarFox vsf-1r Тип крепления — на крышу Макс. площадь, м² — 25 Воздушный поток, м³ — 35 Повышение темп., °С — 15-20°
SolarFox vsf-2r Тип крепления — на крышу Макс. площадь, м² — 50 Воздушный поток, м³ — 90 Повышение темп., °С — 25-30°	SolarFox vsf-3r Тип крепления — на крышу Макс. площадь, м² — 80 Воздушный поток, м³ — 110 Повышение темп., °С — 30-35°
SolarFox vsf-4r Тип крепления — на крышу Макс. площадь, м² — 100 Воздушный поток, м³ — 140 Повышение темп., °С — 35-40°	SolarFox vsf-5r Тип крепления — на крышу Макс. площадь, м² — 150 Воздушный поток, м³ — 200 Повышение темп., °С — 40-45°

Полный ассортимент и цены представлены в разделе каталога Солнечные коллекторы воздуха

Перейти к другим полезным статьям.

.

Моя Энергия: История энергетики

/ Популярная энергетика / История энергетики

Энергия в древности

Современную жизнь невозможно представить без электричества и тепла. Материальный комфорт, который окружает нас сегодня, как и дальнейшее развитие человеческой мысли накрепко связаны с изобретением электричества и использованием энергии.

С древних времен люди нуждались в силе, точнее в двигателях, которые давали бы им силу большую человеческой, для того, чтобы строить дома, заниматься земледелием, осваивать новые территории.

Первые аккумуляторы пирамид

В пирамидах Древнего Египта ученые нашли сосуды, напоминающие аккумуляторы. В 1937 году во время раскопок под Багдадом немецкий археолог Вильгельм Кениг обнаружил глиняные кувшины, внутри которых находились цилиндры из меди. Эти цилиндры были закреплены на дне глиняных сосудов слоем смолы.

Впервые явления, которые сегодня называют электрическими, были замечены в древнем Китае, Индии, а позднее в древней Греции. Древнегреческий философ Фалес Милетский в VI веке до нашей эры отмечал способность янтаря, натертого мехом или шерстью, притягивать обрывки бумаги, пушинки и другие легкие тела. От греческого названия янтаря – «электрон» – это явление стали называть электризацией.

Сегодня нам уже будет нетрудно разгадать «тайну» янтаря, натертого шерстью. В самом деле, почему янтарь электризуется? Оказывается, при трении шерсти о янтарь на его поверхности появляется избыток электронов, и возникает отрицательный электрический заряд. Мы как бы «отбираем» электроны у атомов шерсти и переносим их па поверхность янтаря. Электрическое поле, созданное этими электронами, притягивает бумагу. Если вместо янтаря взять стекло, то здесь наблюдается другая картина. Натирая стекло шелком, мы «снимаем» о его поверхности электроны. В результате на стекле оказывается недостаток электронов, и оно заряжается положительно. Впоследствии, чтобы различать эти заряды, их стали условно обозначать знаками, дошедшими до наших дней, минус и плюс.

Описав удивительные свойства янтаря в поэтических легендах, древние греки так и не продолжили его изучение. Следующего прорыва в деле покорения свободной энергии человечеству пришлось ждать много веков. Зато когда он все-таки был совершен, мир в буквальном смысле слова преобразился. Еще в 3 тысячелетии до н.э. люди использовали паруса для лодок, но только в VII в. н.э. изобрели ветряную мельницу с крыльями. Началась история ветряных двигателей. Водяные колеса использовали на Ниле, Эфрате, Янцзы для подъема воды, вращали их рабы. Водяные колеса и ветряные мельницы вплоть до ХVII века являлись основными типами двигателей.

Эпоха открытий

В истории попыток использования пара записаны имена многих ученых и изобретателей. Так Леонардо да Винчи оставил 5000 страниц научных и технических описаний, чертежей, эскизов различных приспособлений.

Джанбаттиста делла Порта исследовал образование пара из воды, что было важно для дальнейшего использования пара в паровых машинах, исследовал свойства магнита.

В 1600 году придворный врач английской королевы Елизаветы Уильям Гилберт изучил все, что было известно древним народам о свойствах янтаря, и сам провел опыты с янтарем и магнитами.

Кто придумал электричество?

Термин «электричество» ввел английский естествоиспытатель, лейб-медик королевы Елизаветы Уильям Гилберт. Впервые он употребил это слово в своем трактате «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле» в 1600 году. Ученый объяснял действие магнитного компаса, а также приводил описания некоторых опытов с наэлектризованными телами.

В целом практических знаний об электричестве за XVI – XVII столетия было накоплено не так уж много, но все открытия были предвестниками по-настоящему больших перемен. Это было время, когда опыты с электричеством ставили не только ученые, но и аптекари, и врачи, и даже монархи.

Одним из опытов французского физика и изобретателя Дени Папена было создание вакуума в закрытом цилиндре. В середине 1670-х годов в Париже он вместе с голландским физиком Кристианом Гюйгенсом работал над машиной, которая вытесняла воздух из цилиндра путём взрыва пороха в нем.

В 1680 году Дени Папен приехал в Англию и создал вариант такого же цилиндра, в котором получил более полный вакуум с помощью кипящей воды, которая конденсировалась в цилиндре. Таким образом, он смог поднять груз, присоединённый к поршню верёвкой, перекинутой через шкив.

Система работала, как демонстрационная модель, но для повторения процесса весь аппарат должен был быть демонтирован и повторно собран. Папен быстро понял, что для автоматизации цикла пар должен быть произведён отдельно в котле. Французский учёный изобрёл паровой котёл с рычажным предохранительным клапаном.

В 1774 году Уатт Джеймс в результате ряда экспериментов создал уникальную паровую машину. Для обеспечения работы двигателя он применил центробежный регулятор, соединённый с заслонкой на выпускном паропроводе. Уатт детально исследовал работу пара в цилиндре, впервые сконструировав для этой цели индикатор.

В 1782 году Уатт получил английский патент на паровой двигатель с расширением. Он же ввёл первую единицу мощности — лошадиную силу (позднее его именем была названа другая единица мощности — ватт). Паровая машина Уатта благодаря экономичности получила широкое распространение и сыграла огромную роль в переходе к машинному производству.

Итальянский анатом Луиджи Гальвани в 1791 году опубликовал труд «Трактат о силах электричества при мышечном движении».

Это открытие через 121 год дало толчок исследованиям человеческого организма с помощью биоэлектрических токов. Обнаруживались больные органы при исследовании их электрических сигналов. Работа любого органа (сердца, мозга) сопровождается биологическими электрическими сигналами, имеющими для каждого органа свою форму. Если орган не в порядке, сигналы изменяют свою форму, и при сравнении «здоровых» и «больных» сигналов обнаруживаются причины заболевания.

Опыты Гальвани натолкнули на изобретение нового источника электричества профессора Тессинского университета Алессандро Вольта. Он дал опытам Гальвани с лягушкой и разнородными металлами иное объяснение, доказал, что электрические явления, которые наблюдал Гальвани, объясняются только тем, что определенная пара разнородных металлов, разделенная слоем специальной электропроводящей жидкости, служит источником электрического тока, протекающего по замкнутым проводникам внешней цепи. Эта теория, разработанная Вольтой в 1794 году, позволила создать первый в мире источник электрического тока, который назывался Вольтов столб.

Он представлял собой набор пластин из двух металлов, меди и цинка, разделенных прокладками из войлока, смоченного в соляном растворе или щелочи. Вольта создал прибор, способный за счет химической энергии производить электризацию тел и, следовательно, поддерживать в проводнике движение зарядов, то есть электрический ток. Скромный Вольта назвал свое изобретение в честь Гальвани «гальваническим элементом», а электрический ток, получающийся от этого элемента – «гальваническим током».

Первые законы электротехники

В начале XIX века опыты с электрическим током привлекали внимание ученых из разных стран. В 1802 году итальянский ученый Романьози обнаружил отклонение магнитной стрелки компаса под влиянием электрического тока, протекавшего по расположенному вблизи проводнику. В 1820 году это явление в своем докладе подробно описал датский физик Ганс Христиан Эрстед. Небольшая, всего в пять страниц, книжка Эрстеда в том же году была издана в Копенгагене на шести языках и произвела огромное впечатление на коллег Эрстеда из разных стран.

Однако правильно объяснить причину явления, которое описал Эрстед, первым сумел французский ученый Андре Мари Ампер. Оказалось, ток способствует возникновению в проводнике магнитного поля. Одной из важнейших заслуг Ампера было то, что он впервые объединил два разобщенных ранее явления – электричество и магнетизм – одной теорией электромагнетизма и предложил рассматривать их как результат единого процесса природы.

Воодушевленный открытиями Эрстеда и Ампера, другой ученый, англичанин Майкл Фарадей предположил, что не только магнитное поле может воздействовать на магнит, но и наоборот – двигающийся магнит будет оказывать воздействие на проводник. Серия опытов подтвердила эту блестящую догадку – Фарадей добился того, что подвижное магнитное поле создало в проводнике электрический ток.

Позже это открытие послужило основой для создания трех главных устройств электротехники – электрического генератора, электрического трансформатора и электрического двигателя.

Начальный период использования электричества

У истоков освещения с помощью электричества стоял Василий Владимирович Петров, профессор медицинско-хирургической Академии в Петербурге. Исследуя световые явления, вызываемые электрическим током, он в 1802 году сделал свое знаменитое открытие – электрическую дугу, сопровождающуюся появлением яркого свечения и высокой температуры.

Жертвы ради науки

Русский учёный Василий Петров, первым в мире в 1802 году описавший явление электрической дуги, не жалел себя при проведении экспериментов. В то время не было таких приборов, как амперметр или вольтметр, и Петров проверял качество работы батарей по ощущению от электрического тока в пальцах. Чтобы чувствовать слабые токи, учёный срезал верхний слой кожи с кончиков пальцев.

Наблюдения и анализ Петровым свойств электрической дуги легли в основу создания электродуговых ламп, ламп накаливания и много другого.

В 1875 году Павел Николаевич Яблочков создает электрическую свечу, состоящую из двух угольных стержней, расположенных вертикально и параллельно друг другу, между которыми проложена изоляция из каолина (глины). Чтобы горение было более продолжительным, на одном подсвечнике помещалось четыре свечи, которые горели последовательно.

В свою очередь Александр Николаевич Лодыгин ещё в 1872 году предложил вместо угольных электродов использовать нить накаливания, которая при протекании электрического тока ярко светилась. В 1874 году Лодыгин получил патент на изобретение лампы накаливания с угольным стерженьком и ежегодную Ломоносовскую премию Академии наук. Устройство было запатентовано также в Бельгии, Франции, Великобритании, Австро-Венгрии.

В 1876 году Павел Яблочков завершил разработку конструкции электрической свечи, начатой в 1875 г. и 23 марта получил французский патент, содержащий краткое описание свечи в её первоначальных формах и изображение этих форм. «Свеча Яблочкова» оказалась проще, удобнее и дешевле в эксплуатации, чем лампа А. Н. Лодыгина. Под названием «русский свет» свечи Яблочкова использовались позже для уличного освещения во многих городах мира. Так же Яблочков предложил первые практически применявшиеся трансформаторы переменного тока с разомкнутой магнитной системой.

Тогда же в 1876 году в России была сооружена первая электростанция на Сормовском машиностроительном заводе, ее прародительница была построена в 1873 году под руководством бельгийско-французского изобретателя З.Т. Грамма для питания системы освещения завода, так называемая блок-станция.

В 1879 русские электротехники Яблочков, Лодыгин и Чиколев совместно с рядом других электротехников и физиков организовали в составе Русского технического общества Особый Электротехнический отдел. Задачей отдела было содействие развитию электротехники.

Уже в апреле 1879 года впервые в России электрическими фонарями освещен мост – мост Александра II (ныне Литейный мост) в Санкт-Петербурге. При содействии Отдела на Литейном мосту введена первая в России установка наружного электрического освещения (дуговыми лампами Яблочкова в светильниках, изготовленных по проекту архитектора Кавоса), положившая начало созданию местных систем освещения дуговыми лампами некоторых общественных зданий Петербурга, Москвы и других больших городов. Электрическое освещение моста устроенное В.Н. Чиколевым, где горело 12 свечей Яблочкова вместо 112 газовых рожков, функционировало всего 227 дней.

Трамвай Пироцкого

Вагон электрического трамвая изобрел Федор Аполлонович Пироцкий в 1880 году. Первые трамвайные линии в Санкт-Петербурге были проложены только зимой 1885 года по льду Невы в районе Мытнинской набережной, так как право на использование улиц для пассажирских перевозок имели только владельцы конок – рельсового транспорта, который передвигался при помощи лошадей.

В 80-е годы возникли первые центральные станции, они были более целесообразны и более экономичны, чем блок-станции, так как снабжали электричеством сразу много предприятий.

В то время массовыми потребителями электроэнергии были источники света – дуговые лампы и лампы накаливания. Первые электростанции Петербурга вначале размещались на баржах у причалов рек Мойки и Фонтанки. Мощность каждой станции составляла примерно 200 кВт.

Первая в мире центральная станция была пущена в работу в 1882 году в Нью-Йорке, она имела мощность 500 кВт.

В Москве электрическое освещение впервые появилось в 1881 году, уже в 1883 году электрические светильники иллюминировали Кремль. Специально для этого была сооружена передвижная электростанция, которую обслуживали 18 локомобилей и 40 динамо-машин. Первая стационарная городская электростанция появилась в Москве в 1888 году.

Нельзя забывать и о нетрадиционных источниках энергии.

Предшественница современных ветроэлектростанций с горизонтальной осью имела мощность 100 кВт и была построена в 1931 году в Ялте. Она имела башню высотой 30 метров. К 1941-му году единичная мощность ветроэлектростанций достигла 1,25 МВт.

План ГОЭЛРО

В России создавались электростанции в конце XIX и начале XX веков, однако, бурный рост электроэнергетики и теплоэнергетики в 20-е годы XX столетия после принятия по предложению В.И. Ленина плана ГОЭЛРО (Государственной электрификации России).

22 декабря 1920 года VIII Всероссийский съезд Советов рассмотрел и утвердил Государственный план электрификации России – ГОЭЛРО, подготовленный комиссией, под председательством Г. М. Кржижановского.

План ГОЭЛРО должен был быть реализован в течении десяти-пятнадцати лет, а его результатом должно было стать создание «крупного индустриального хозяйства страны». Для экономического развития страны это решение имело огромное значение. Недаром свой профессиональный праздник российские энергетики отмечают именно 22 декабря.

В плане много уделялось проблеме использования местных энергетических ресурсов (торфа, воды рек, местного угля и др.) для производства электрической энергии.

8 октября 1922 года состоялся официальный пуск станции «Уткина заводь» — первой торфяной электростанции в Петрограде.

Первая ТЭЦ России

Самая первая тепловая электростанция, построенная по плану ГОЭЛРО в 1922 году, называлась «Уткина заводь». В день пуска участники торжественного митинга переименовали ее в «Красный октябрь», и под этим именем она проработала до 2010 года. Сегодня это Правобережная ТЭЦ ПАО «ТГК-1».

В 1925 году запустили Шатурскую электростанцию на торфе, в тот же год на Каширской электростанции начали освоение новой технологии сжигания подмосковного угля в виде пыли.

Днем начала теплофикации в России можно считать 25 ноября 1924 года – тогда заработал первый теплопровод от ГЭС-3, предназначенный для общего пользования в доме номер девяносто шесть на набережной реки Фонтанки. Электростанция № 3, которую переоборудовали для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии, является первой в России теплоэлектроцентралью, а Ленинград – пионером теплофикации. Централизованное снабжение горячей водой жилого дома функционировало без сбоев, и через год ГЭС-3 стало снабжать горячей водой бывшую Обуховскую больницу и бани, находящиеся в Казачьем переулке. В ноябре 1928 года к тепловым сетям государственной электростанции № 3 подключили здание бывших Павловских казарм, располагавшихся на Марсовом поле.

В 1926 году была пущена в эксплуатацию мощная Волховская ГЭС, энергия которой по линии электропередачи напряжением 110 кВ, протяженностью 130 км поступала в Ленинград.

Первая ГЭС по плану

Самая первая гидроэлектростанция, построенная по плану ГОЭЛРО – Волховская ГЭС. Ее ввели в эксплуатацию 19 декабря 1926 года. Станция и сегодня продолжает исправно работать, являясь неотъемлемой частью энергосистемы Северо-Запада.

Волховстрой стал первой школой советского гидроэнергостроительства.

Здесь впервые решались сложные инженерные и технические проблемы проектирования и строительства плотины, здания станции, линии электропередачи, электроподстанций, а также монтажа и наладки оборудования. Численность работающих доходила до 15 тысяч человек.

Строительство электростанции начиналось в трудные годы для еще молодой Советской республики. Поэтому часть необходимого оборудования приходилось закупать за границей.

Однако петроградский завод «Электросила» обратился с просьбой к Волховстрою передать им изготовление части оборудования. Это предложение рассматривалось как неслыханная дерзость. Завод «Электросила» совместно с другими заводами Петрограда–Ленинграда блестяще справился с поставленной задачей.

Даже эмигрантская газета «Накануне» досадливо признавала: «В России имеется три чуда: Красная Армия, Сельскохозяйственная выставка и Волховстрой». Четыре других генератора, высоковольтные трансформаторы, выключатели, электрооборудование для собственных нужд поставила шведская фирма «ASEA».

Все вопросы технического характера решались с широким привлечением ленинградских организаций: гидравлических лабораторий Ленинградского политехнического института, Института путей сообщений, Электротехнического института и др. По вопросам гидротехнических и строительных работ, а также по электротехническим вопросам, по которым не имелось достаточного отечественного опыта, обращались к иностранным специалистам.

Атомная энергетика XX века

20 декабря 1951 года, ядерный реактор впервые в истории произвел пригодное для использования количество электроэнергии — в нынешней Национальной Лаборатории INEEL Департамента энергии США. Реактор выработал достаточную мощность, чтобы зажечь простую цепочку из четырех 100-ваттных лампочек. После второго эксперимента, проведенного на следующий день, 16 участвовавших в нем учёных и инженеров «увековечили» свое историческое достижение, написав мелом свои имена на бетонной стене генератора.

Советские ученые приступили к разработке первых проектов мирного использования атомной энергии ещё во второй половине 1940-х годов. А 27 июня 1954 года в городе Обниск была запущена первая атомная электростанция.

Пуск первой АЭС ознаменовал открытие нового направления в энергетике, получившего признание на 1-й Международной научно-технической конференции по мирному использованию атомной энергии (август 1955, Женева). К концу ХХ века в мире насчитывалось уже более 400 атомных электростанций.

Современная энергетика. Конец XX века

Конец XX века ознаменован различными событиями, связанными как с высокими темпами строительства новых станции, началом развития возобновляемых источников энергии, ак и с появлением первых проблем от сформировавшейся огромной мировой энергосистемы и попытками их решить.

Блэкаут

Американцы называют ночь на 13 июля 1977 «Ночью страха». Тогда случилась огромная по своим размерам и последствиям авария на электрических сетях в Нью-Йорке.  Из-за попадания молнии в линию электропередачи на 25 часов была прервана подача электричества в Нью-Йорк и 9 млн жителей оказались без электроснабжения. Трагедии сопутствовал финансовый кризис, в котором пребывал мегаполис, необыкновенно жаркая погода, и небывалый разгул преступности. После отключения электричества на фешенебельные кварталы города набросились банды из бедных кварталов. Считается, что именно после тех страшных событий в Нью-Йорке понятие «блэкаут» стало повсеместно использоваться применительно к авариям в электроэнергетике. 

Так как современное сообщество всё больше зависит от электроэнергии, аварии на электросетях наносят ощутимые убытки предприятиям, населению и правительствам. Во время аварии выключаются осветительные приборы, не работают лифты, светофоры, метро. На жизненно важных объектах (больницы, военные объекты и т. д.) для функционирования жизнедеятельности во время аварий в энергосистемах используются автономные источники питания: аккумуляторы, генераторы. Статистика показывает значительное увеличение аварий в 90-е гг. XX — начале XXI вв.

В те годы продолжалось развитие альтернативной энергетики. В сентябре 1985 года состоялось пробное включение генератора первой солнечной электростанции СССР в сеть. Проект первой в СССР Крымской СЭС был создан в начале 80-х в рижском отделении института «Атомтеплоэлектропроект» при участии тринадцати других проектно-конструкторских организаций Министерства энергетики и электрификации СССР. Полностью станция вступила в строй в 1986 году.

В 1992 году началось строительство крупнейшей в мире ГЭС «Три ущелья» в Китае на реке Янцзы. Мощность станции — 22,5 ГВт. Напорные сооружения ГЭС образуют крупное водохранилище площадью 1 045 км², полезной ёмкостью 22 км³. При создании водохранилища было затоплено 27 820 га обрабатываемых земель, было переселено около 1,2 млн человек. Под воду ушли города Ваньсянь и Ушань. Полное завершение строительства и ввод в официальную эксплуатацию состоялся 4 июля 2012 года.

Развитие энергетики неотделимо от проблем, связанных с загрязнением окружающей среды. В Киото (Япония) в декабре 1997 года в дополнение к Рамочной конвенции ООН об изменении климата был принят Киотский протокол. Он обязывает развитые страны и страны с переходной экономикой сократить или стабилизировать выбросы парниковых газов в 2008 – 2012 годах по сравнению с 1990 годом. Период подписания протокола открылся 16 марта 1998 года и завершился 15 марта 1999 года.

По состоянию на 26 марта 2009 Протокол был ратифицирован 181 страной мира (на эти страны совокупно приходится более чем 61 % общемировых выбросов). Заметным исключением из этого списка являются США. Первый период осуществления протокола начался 1 января 2008 года и продлится пять лет до 31 декабря 2012 года, после чего, как ожидается, на смену ему придёт новое соглашение.

Киотский протокол стал первым глобальным соглашением об охране окружающей среды, основанным на рыночном механизме регулирования — механизме международной торговли квотами на выбросы парниковых газов.

Карта генерации России

XXI век, а точнее 2008 год, стал знаковым для энергетической системы России, было ликвидировано Российское открытое акционерное общество энергетики и электрификации «ЕЭС России» (ОАО РАО «ЕЭС России») — российская энергетическая компания, существовавшая в 1992—2008 годах. Компания объединяла практически всю российскую энергетику, являлась монополистом на рынке генерации и энерготранспортировки России. На её месте возникли государственные естественно-монопольные компании, а также приватизированные генерирующие и сбытовые компании.

В XXI веке в России строительство электростанций выходит на новый уровень, начинается эра применения парогазового цикла. Россия способствует наращиванию новых генерирующих мощностей — в 2018 году страна завершает строительство мощностей по программе ДПМ. Крупнейшие компании обсуждают необходимость вывода из эксплуатации старых станций, дополняя свои стратегии развития пунктами об увеличении эффективности использования текущих ресурсов.  

Дешевый, безопасный, экологичный, но редкий способ получения электричества в промышленных масштабах

После Чернобыля мир не испугался и не прекратил строительство атомных электростанций. Мир решил, наверное, что это сработал специфически советский человеческий фактор. После катастрофы на АЭС «Фукусима» в Японии человечество осознало, что атомная энергия опасна даже в руках осторожных, ответственных, и технически продвинутых цивилизаций. Германия и другие страны ЕС уже думают о полном прекращении использования АЭС. Поэтому поиск новых, менее опасных источников энергии сейчас актуален как никогда. Одним из таких источников может стать тепло земли.

Сидим на грелке

Под наружной оболочкой Земли — земной корой — находится разогретая мантия, где, возможно, зарождаются вулканы (по другим теориям, вулканы зарождаются во внешней, расплавленной оболочке ядра). Горячая магма поднимается вверх по тектоническим трещинам и вступает в контакт с океанической водой, которая инфильтрируется из придонных областей океана в околомагматические зоны. Там вода нагревается, вбирает часть растворенных в магме газов — таких как сероводород и углекислый газ — и других химических веществ, захватывая и элементы из пород, сквозь которые она фильтруется. Увеличение содержания СО2 вызывает образование сильного адсорбента — кальциевого силикагеля, что ведет к изменению проницаемости водовмещающих комплексов и, в конечном счете, к тепловой и геохимической самоизоляции геотермальной системы. Считается, что наличие силикагеля обусловливает высокие концентрации разных веществ в термальных водах.

На континентах земная кора обычно очень мощная — до 70, иногда до 100 километров. Более древние магматические породы обычно перекрыты толстым осадочным чехлом, и магме его просто не прорвать. Там же, где земная кора тоньше — например, в зонах перехода от континентальной коры к океанической — магме, раскаленным газам и перегретому водяному пару легче выбраться на поверхность. Именно в таких районах случаются самые интересные геологические события наших дней — извержения вулканов, землетрясения, именно там фыркают и плюются гейзеры, дымят фумаролы, и именно там сравнительно легок доступ к подземным источникам тепла. Вообще-то наиболее активные проявления вулканизма отмечаются в областях, где кора тоньше всего — на дне океанов, в зонах срединно-океанических хребтов, но ни видеть, ни толком изучать, ни тем более использовать этот вулканизм мы пока не научились.

Основная часть территории России расположена на двух древних, 2,5 — 3,5 млрд лет, платформах (Восточно-Европейской и Сибирской). Между ними лежит сравнительно молодая (всего 250-400 млн лет), но тоже надежная Западно-Сибирская плита. Поэтому в России районы с тонкой корой находятся только на дальних окраинах — на Камчатке и Курильских островах, которые входят в зону активных геологических процессов. «В областях современного вулканизма формируются и геотермальные месторождения, — говорит доктор геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией тепломассопереноса ИВиС ДВО РАН Алексей Кирюхин. — Условия их формирования могут быть разными. Довольно часто работает правило: чем больше и активнее вулкан, тем меньше шансов найти в его окрестностях геотермальное месторождение (пример — вулкан Ключевский), чем крупнее геотермальное месторождение, тем меньше шансов увидеть в его пределах большой вулкан (пример — Долина гейзеров в Калифорнии)».

Области современного активного вулканизма в основном сосредоточены в так называемом Тихоокеанском огненном кольце — это практически все окраины Тихого Океана, включая Камчатку, Курилы, Японию, Индонезию, Филиппины, Анды и Кордильеры, цепочку Алеутских островов и архипелаг Огненная Земля. Все эти территории относятся к зонам самой молодой, альпийской складчатости, и на окраинах материков подвержены процессу субдукции — поддвиганию океанической коры под континентальную. В процессе субдукции окраинные участки континентальной коры вздымаются, формируя горные хребты, а «ныряющая» фронтальная зона тонкой океанической коры плавится, давая «сырье» для современных вулканов.

К зонам альпийской складчатости относятся также Альпы и Пиренеи, Крым, Кавказ, Памир, Гималаи. Многие вулканы здесь уже прошли активную стадию, и в породах, перекрывающих остывающую магму, происходят постмагматические процессы. В таких районах затухающего или «дремлющего» вулканизма — который проявляется не столько извержениями, сколько работой гейзеров, фумарол, грязевых вулканов — как раз и существует возможность получения электричества в промышленных масштабах. В других, менее активных, областях, впрочем, тоже можно использовать земное тепло. Даже в стабильных платформенных областях встречаются источники термальных вод, да и геотермический градиент может быть достаточно высоким.

Креативная, дешевая и чистая технология

Использовать геотермальное тепло можно по-разному. Во-первых, как древние римляне, можно непосредственно применять термальные воды для обогрева и ванн. Бесчисленные горячие источники в Европе ли, в Америке, на Филиппинах, — это проявления все тех же поствулканических процессов. В России тепло подземных вод используется для обогрева зданий и теплиц в Калининградской области, в Западной Сибири, в Краснодарском крае. Такое «прямое» использование тепла позволяет сэкономить и снизить нагрузку на окружающую среду.

Новозеландская геотермальная станция Ваиракеи открыта в 1958 году, первой после войны и второй в мире (самая первая построена в итальянском городе Лардерелло в 1904 году).

Фото: National Geographic/Getty Images/Fotobank

Можно использовать тепловые насосы, позволяющие обогревать или охлаждать жилые дома за счет разницы температур между воздухом и грунтом. А можно — в дополнение к простому обогреву — построить геотермальную электростанцию и получать очень дешевую электроэнергию. В зависимости от геологических условий, — то есть от температуры пород, наличия и состава воды в них — могут использоваться разные типы гидротермоэлектростанций.

В некоторых случаях геотермальная энергия позволяет убить сразу нескольких зайцев. Например, «Шеврон» использует для ее получения горячие воды, выкачиваемые из недр вместе с нефтью. На поверхности раскаленная смесь воды и пара отделяется от нефти, сепарируется, пар вращает турбины и дает электроэнергию, вода же закачивается обратно в породу. Это позволяет одновременно решить проблему токсичных сбросов и поддержать давление в нефтяном пласте, тем самым улучшая его нефтеотдачу и увеличивая срок использования скважины.

Геотермальная энергетика, новая отрасль на стыке нескольких наук и промышленности, привлекает внимание ученых и практиков разных специальностей. Одни задумываются, как добыть редкие и благородные металлы, растворенные в горячих подземных водах. Может быть, именно в фазе охлаждения этих вод когда-нибудь и удастся извлечь золото и платину.

Другие изобретают способы применения низкотемпературных вод. Главный инженер ОАО «Геотерм» Дмитрий Колесников считает, что вскоре будет разработана технология вторичного использования сепарата, то есть частично охлажденной воды: «Ее можно будет использовать на любых промышленных предприятиях, где есть горячие стоки. Больших мощностей ожидать не стоит, но, во-первых, горячая вода идет на второй цикл, то есть снижается непроизводственное использование энергии, а во-вторых, можно будет решать проблему энергоснабжения самого предприятия».

Россия отличается стабильностью

Геотермальная энергетика в России начала развиваться в 1960 годах. Тогда были построены первые — по сути, экспериментальные — электростанции. Паужетская ГеоЭС (11 МВт), на одноименном геотермальном месторождении была построена в 1967 году. «Эта электростанция служила как бы опытной площадкой, на ней опробовались технологии, испытывалась паро-водяная смесь», — рассказал Колесников. Неподалеку от нее расположены Мутновская ГеоЭС (50 МВт) и Верхне-Мутновская (12 МВт) ГеоЭС. На Курилах, на островах Кунашир и Итуруп, тоже работают две относительно небольшие ГеоЭС — 6 и 2,6 МВт. Собственно, этим недлинным списком и ограничивается действующая российская геотермальная энергетика.

Первая в России геотермальная электростанция — Паужетская — введена в эксплуатацию в 1966 году.

Фото: РИА НОВОСТИ

Не в силу политико-экономических или исторических причин, не потому, что за рубежом лучше головы или технологии, но исключительно из-за высокого уровня стабильности российского геологического устройства западные, восточные, юго-восточные и даже некоторые африканские страны оставили нас далеко позади в области геотермальной энергетики. В Исландии на геотермальных электростанциях получают 30% электроэнергии, на Филиппинах — более 25%, в Сальвадоре и Коста-Рике — около 15%, в Новой Зеландии и Никарагуа — 10%. В США доля «геотермального» электричества невелика, всего 0,3%, но по объемам выработки США опережают все остальные страны мира.

В США к широко известным геотермальным электростанциям в Калифорнии и Неваде в 2006 году добавилась маленькая, но необычная электростанция в самой что ни на есть глубокой американской глубинке — на Аляске, на курорте China Hot Springs. Хотя термальные источники там горячи для человека (74С), эта температура все же слишком низка для производства энергии по обычной технологии. Тем не менее, решение — применение бинарного цикла — было найдено: в теплообменнике природная вода отдает свое тепло специальному реагенту, который закипает даже при столь низкой температуре. Слегка охлажденная (примерно до 70 градусов) вода честно возвращается в исходный горизонт. За пять лет эксплуатации температура поступающей воды упала примерно на градус. Три генератора могут давать 650 кВт в час, что достаточно, например, для обслуживания целого поселка. Каждый генератор стоит около $800 000, и окупаемости за полгода ожидать не стоит. Но лет за 10 эти инвестиции окупятся даже при цене электричества в 6 центов за киловатт. Генератор, работающий на мазуте, «стоил» 30 центов за киловатт, так что разница очевидна.

А бинарная технология, использованная на Аляске, вообще-то изобретена в России еще в 1967 году, и использована на Паратунском геотермальном месторождении на Камчатке.

Экономика горячей воды

Как считает Дмитрий Колесников, преимущества геотермальной энергетики — в простоте процесса и дешевизне получаемой энергии. «Собственно, бурится скважина, из которой идет паро-водяная смесь, которая на станции сепарируется, пар вращает турбину, и дальше все работает как в обычной котельной», — объяснил он принцип работы.

Возле исландского города Гриндавика геотермальная электростанция совмещена со spa-курортом

Фото: AFP/EASTNEWS

Геотермальная энергия действительно обходится очень дешево, прежде всего за счет экономии на углеводородном сырье. Самое дорогое — это скважины и линии электропередач. Правда, там, где можно построить ГЭС, геотермальные электростанции будут не столь экономически привлекательными. Но в России мощнейшие ГЭС строились тогда, когда понятия частной собственности на землю не было. Сегодня, чтобы затопить гигантские территории, нужно будет их у кого-то выкупить, что сильно поднимет цену киловатт-часа. Да и землю жалко (поэтому современные ГЭС строятся в основном в горах, где площадь затопления минимальна). А вот при сравнении цены «геотермального» киловатт-часа с ценой электричества, вырабатываемого ТЭС, разница уже сегодня не в пользу углеводородной энергетики.

Экология соленой воды

Люди, которые занимаются геотермальной энергетикой, как-то с восхищением к ней относятся. Они понимают, что это сравнительно дешевый, сравнительно безопасный способ получения электроэнергии из возобновляемых источников. Тем не менее, как и во всех отраслях промышленности, здесь есть свои проблемы.

Да, углеводородного топлива на ГеоЭС нет, но проблема отходов существует. «Отходы» — это остывшая подземная вода, часто сильно соленая. Ее нельзя сбросить в ближайшую речку, она слишком токсична. Кроме того, при изъятии материала из недр обычно повышается сейсмическая активность, и из-за сейсмодислокаций приток пароводяной смеси на поверхность может вообще прекратиться. «Воды у нас (на Паужетской электростанции) — 1000 тонн в час, в идеале должен быть замкнутый цикл, на поверхность мы эту воду сливать не можем. Воду — сепарат — мы закачиваем обратно в пласт. Правда, не в то место, откуда мы ее берем, иначе мы быстро охладим «дающий» участок. Поэтому закачиваем не в него, а в соседние зоны», — объясняет Колесников.

В связи с высокой агрессивностью горячих подземных вод возникает проблема коррозии, износа оборудования. Но с коррозией, по мнению Колесникова, бороться можно — надо просто правильно подбирать материалы.

Геотермальную энергию добывать не всегда легко. Часто геотермальные месторождения находятся в труднодоступных местах или в зонах повышенной сейсмической активности. В сейсмически активных зонах постройка ГеоЭС не только сопряжена с угрозой для работников, но может оказаться экономически бессмысленной: при структурных подвижках геотермальное месторождение может просто исчезнуть или поменять режим так, что работа станции станет невыгодной.

Геотермы вообще недостаточно изучены. Поверхностные, более легкодоступные геотермы часто имеют довольно короткий срок жизни. Исследования же глубоко залегающих, более крупных геотермальных месторождений требуют больших средств. Пока российская экономика живет за счет высоких цен на углеводородное сырье, научные и практические работы по геотермам будут оставаться недофинансированными. Это приведет к тому, что Россия, некогда первой применившая бинарную технологию, вновь окажется в хвосте, как и со сланцевым газом.

«Хотим, не хотим, а развивать будем»

Вряд ли геотермальная энергия придет в каждый дом. В России, во всяком случае, не завтра. Низкотемпературные технологии получения электричества пока еще дороги, а самое главное — в платформенных областях, где проживает большая часть населения России, горячие напорные подземные воды редки. Поэтому в ближайшее время можно ожидать только развития применения тепловых насосов, которые позволяют напрямую использовать тепло земли.

Возможности для постройки ГеоТЭС, кроме Камчатки и Курил, существуют на Урале, в Краснодарском крае, на Ставрополье. Анализируются возможности строительства ГеоЭС в южных областях Западной Сибири. «А вообще, должна быть энергетическая стратегия по регионам, комплексный подход. Если есть возможность построить геотермальную электростанцию — надо строить: это и дешевая энергия, и отсутствие потребности в углеводородном сырье», — считает Колесников.

Алексей Кирюхин уверен, что геотермальную энергию можно получать всюду — вопрос в количестве и качестве. Но, конечно, для гидротермальных электростанций главным ограничивающим фактором еще долго будет служить строгая привязанность к источникам тепла.

Даже если экономия на геотермальной электроэнергии окажется меньше ожидаемой, выигрыш для природы очевиден. Валентина Свалова из Института геоэкологии РАН в работе «Геотермальные ресурсы России и их комплексное использование» показала, что если за счет геотермальной энергетики удастся достичь выработки электричества в 7800 ГВт. ч, то это позволит сэкономить 15,4 млн баррелей нефти, что исключит выброс приблизительно 7 млн тонн СО2.

Возобновляемость и дешевизна делают геотермальную энергию крайне привлекательной. «Хотя геотермальные электростанции имеют более низкий потенциал, дают меньшую мощность, они не требуют использования углеводородного сырья, — повторяет Колесников. — Ситуация с нефтью понятна, цены будут только расти, поэтому, хотим мы или не хотим, а геотермальную энергетику развивать будем».

Суммарная мощность геотермальных электростанций

Татьяна Крупина

Солнечная электростанция с водяным охлаждением

Французская компания Sunbooster разработала и запатентовала технологию для охлаждения солнечных модулей, сообщает PV Magazin. Решение, которое можно использовать как для кровельных, так и для наземных солнечных электростанций, представляет собой систему трубок, которая поливает водой стеклянную поверхность солнечных панелей.

Компания утверждает, что технология может способствовать увеличению выработки электроэнергии на 8-12% в расчёте на год.

Вода распространяется только по верхней стеклянной поверхности панелей и не касается каких-либо пластиковых деталей, таких как подложки или другие компоненты. «Это можно рассматривать как дождь, и по этой причине система не влияет на гарантию модулей», — утверждает компания.

Система Sunbooster приводится в работу датчиком температуры, который запускает распыление воды, когда температура окружающей среды превышает 25°C. Хотя вода может несколько снижать поглощение света солнечными модулями, эти небольшие потери полностью компенсируется за счет увеличения выходной мощности в результате охлаждения. Напомню, одной из характеристик солнечного модуля является температурный коэффициент, показывающий, на сколько процентов снизится мощность при повышении температуры на один градус Цельсия.

Система отбирает воду из резервуара для дождевой воды. После использования вода может быть переработана, отфильтрована и сохранена для следующего процесса.

Стоимость технологии составляет почти 250 000 евро на МВт (250 евро за киловатт) солнечной электростанции, но Sunbooster рассчитывает снизить её до 100-150 тысяч евро в течение следующих двух лет.

Эффект масштаба в крупных наземных проектах поможет значительно сократить расходы, надеется производитель.

В мире довольно много экспериментируют с инженерными решениями, направленными на увеличение выработки солнечных электростанций. Самое популярное и распространённое из таких решений – это трекеры, поворотные механизмы. Но и другие устройства тоже пытаются внедрять. Не так давно мы рассказывали о солнечной электростанции с отражателями. Теперь демонстрируется новое оригинальное решение с водяным охлаждением.

Сложно сказать, есть ли у него перспективы. Система в целом становится намного сложнее и дороже. Сможет ли дополнительная выработка оправдать эти затраты?

Можете ли вы превратить свой дом в гидроэлектростанцию?

Автор New Scientist, партнер Energy Realities

Ни у кого нет всех ответов на мировые энергетические вопросы, поэтому New Scientist объединилась с Статойл искать решения у аудитории New Scientist.

Был задан вопрос: сколько электроэнергии можно было бы произвести, если бы вы подключили турбину к водопроводу под давлением, поступающему в ваш дом? Повлияет ли это на поставщика воды или на ваших соседей?

В то время, когда нам нужно больше низкоуглеродных источников электроэнергии, домашняя гидроэнергетика кажется отличной идеей.

И оказывается, что генерация электроэнергии из воды, протекающей по трубам, уже используется, хотя и не так, как это предусмотрено в вопросе. Эндрю Лохбихлер, основатель и технический директор XYZ Interactive из Торонто, указывает в LinkedIn , что некоторые счетчики воды уже включают в свою конструкцию небольшую турбину для выработки электроэнергии для питания радиоприемника, который отправляет данные о потреблении в домохозяйствах на ретрансляционную станцию. Они используют лишь небольшую часть энергии потока, так что вода по-прежнему достигает самых высоких частей домов, которые они обслуживают.

Турбины

также можно использовать в водопроводных трубах гораздо большего размера. Майкл Похлод, аналитик по рискам и нормативным требованиям TransCanada, указывает на их использование в трубах диаметром более 60 сантиметров. Его доказательства исходят от компании Lucid Energy из Портленда, штат Орегон, которая устанавливает турбины с вертикальной осью внутри труб и генераторы электроэнергии поверх них. Сняв избыточное давление в системах с гравитационным питанием, компания рассчитывает, что сможет вырабатывать 100 киловатт и более без нарушения потоков.Восхитительно, что эта система также может работать на сточных водах — новой форме энергии из отходов.

Если гидроэнергетика работает на больших трубах, будет ли она работать в масштабах отдельных домов? Даже если ответ утвердительный, Стив Орчард из Глостершира отмечает, что существует юридическое препятствие, которое необходимо преодолеть, по крайней мере, в Великобритании. Это связано с тем, что оставление крана открытым для выработки электроэнергии будет противоречить положениям Правил водоснабжения (водопроводной арматуры) 1999 года, которые предназначены для предотвращения потерь воды.

Но ответ да? Мы получили много ответов от людей, которые проводили эксперименты и сложные расчеты, чтобы проверить идею. Физика Всем привет. Скорость потока воды сильно различалась, но ответы – нет. Был достигнут полный консенсус в отношении ценности этой схемы, о чем свидетельствуют победившие в этом месяце заявки:

.

Я провел простой эксперимент дома, чтобы выяснить, сколько времени требуется, чтобы наполнить ведро известного объема водой при полностью открытом кране. Я обнаружил, что мой внешний кран, питаемый непосредственно от стояка, идущего с улицы, подает 30 литров в минуту, или 0.5 литров в секунду. Это расход из одного крана, но на практике напорная магистраль может снабжать сразу несколько кранов, каждый из которых работает на полную мощность. Я мог запустить три крана одновременно, прежде чем скорость потока уменьшилась. Итак, похоже, что мой напорный трубопровод имеет грубую производительность 1,5 литра в секунду. Это массовый расход 1,5 кг в секунду. Я знаю, что диаметр магистрали составляет около 13 миллиметров – стандартный размер трубы здесь, в Великобритании, – поэтому я могу рассчитать, что вода движется со скоростью 11 метров в секунду (это объемный расход, деленный на площадь поперечного сечения трубы). ). 2, где м равно 1,5 кг/с, а v равно 11 м/с. Подсчет цифр дает энергию около 90 джоулей в секунду — или 90 ватт, если бы вы могли собрать ее со 100-процентной эффективностью.

Но такую ​​хорошую турбину не сделаешь. Лучшая практическая турбина имеет КПД около 66 процентов, поэтому реально вы получите около 60 Вт на валу турбины в вашей водопроводной трубе. Но, опять же, маленькие электрические машины заведомо неэффективны, так что вам повезет, если вы получите половину этого в виде электричества.Я мог рассчитывать на получение около 30 ватт электроэнергии от турбины, пока я не брал из нее воду для каких-либо других целей.

Однако это было бы очень антисоциальным поступком. Вода, которая поступает в мой дом, течет из хозяйственного резервуара на вершине близлежащего холма. Он не добирается туда сам по себе, и моей компании по водоснабжению приходится тратить энергию, чтобы перекачивать его в гору. Воду тоже, конечно, дорого обрабатывают, чтобы сделать ее пригодной для питья, и поэтому сливают в канализацию из расчета 1. 5 литров в секунду — это 130 тонн воды в день — для производства тривиального количества энергии было бы ужасной тратой.

«Я только что проверил, сколько моя местная компания по водоснабжению будет взимать плату за такое количество воды (около 47 500 тонн в год) по счетчику. Это около 57 600 фунтов стерлингов. Это смехотворно дорогой способ вырабатывать 30 ватт электроэнергии. Дон’ Не попробуй это дома, народ!»

Ричард Эллам, Бристоль, Великобритания

«Поставщик воды, конечно, отнесется к этой деятельности с недоверием, расценив ее как неправильное использование воды, но ее влияние на общее водоснабжение будет незначительным.И ваш сосед не заметит никакой разницы, если только вы не разделяете очень длинную и маленькую водопроводную трубу. Причина разочаровывающего объема вырабатываемой электроэнергии – не в низком напоре – многие «русловые» электростанции работают на одинаковых напорах (высота накопительного резервуара над турбиной). Проблема в очень низкой скорости потока. Напротив, относительно небольшой гидрогенератор мощностью 10 мегаватт будет иметь пропускную способность около 60 кубических метров в секунду. Это много ведер.»

Алан Брукман, Сабден, Ланкашир, Великобритания

«Если электроэнергия, вырабатываемая таким образом, считается «бесплатной» энергией, и если вам посчастливилось не измерять расход воды, возникнет большое искушение позволить большему количеству воды проходить через вашу турбину. Это повлияет на вашу соседям, если это поможет раньше ввести запрет на использование шлангов во время засухи, а также потому, что поставщикам воды нужно будет поставлять больше воды, а их расходы будут переложены на потребителей.»

Пенни Джонсон, Уоттон-андер-Эдж, Глостершир, Великобритания

Этот контент независимо редактируется New Scientist по заказу Statoil. Он ранее появлялся в блоге Energy Realities.

Узнайте больше об Energy Realities.

Зарядите свой дом водой — задание

(1 оценка)

Быстрый просмотр

Уровень: 9 (9-11)

Необходимое время: 3 часа

(Проведение в виде углубленного трехклассного дизайнерского проекта.)

Расходные материалы Стоимость/группа: 2,00 долл. США

Размер группы: 3

Зависимость от активности: Нет

Тематические области: Земля и космос, физика, физика, наука и техника

NGSS Ожидаемые характеристики:

---

Поделиться:

Резюме

Учащиеся узнают, как инженеры проектируют устройства, использующие воду для выработки электроэнергии, строя модели водяных турбин и измеряя результирующий ток, вырабатываемый двигателем. Студенческие группы работают над процессом инженерного проектирования, чтобы построить турбины, проанализировать производительность своих турбин и выполнить расчеты, чтобы определить наиболее подходящие места для строительства плотин. Эта инженерная учебная программа соответствует научным стандартам следующего поколения (NGSS).

Инженерное подключение

Во все времена люди использовали энергию падающей и текущей воды для производства энергии — от водяных колес, используемых для измельчения зерна, до современных плотин гидроэлектростанций для питания городов.Инженеры разрабатывают многие из этих технологий. В некоторых районах вода является надежным, чистым и недорогим возобновляемым источником энергии, подходящим для замены электростанций, работающих на ископаемом топливе. Сегодня инженеры-строители, инженеры-механики, экологи и инженеры-электрики работают вместе, чтобы использовать энергию воды и вырабатывать электричество из этого ресурса.

Цели обучения

После этого задания учащиеся должны уметь:

• Спроектировать, построить и испытать модель ветряной турбины.
• Опишите, как водяные турбины преобразуют энергию воды в электричество.
• Перечислите несколько преимуществ и недостатков использования гидроэлектроэнергии.

Образовательные стандарты

Каждый урок или занятие TeachEngineering связано с одной или несколькими науками K-12, технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.

Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.достижениястандарты.org).

В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. по штатам; внутри источника по типу; напр. , естествознание или математика; внутри типа по подтипу, затем по классам, и т.д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука

Ожидаемая производительность NGSS
ГС-ПС3-3.Спроектируйте, создайте и усовершенствуйте устройство, которое работает с заданными ограничениями для преобразования одной формы энергии в другую форму энергии. (9-12 классы) Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Нажмите, чтобы просмотреть другую учебную программу, соответствующую этому ожидаемому результату
Это занятие сосредоточено на следующих аспектах трехмерного обучения NGSS:
Научная и инженерная практика	Основные дисциплинарные идеи	Концепции поперечной резки
Разработайте, оцените и/или усовершенствуйте решение сложной реальной проблемы, основываясь на научных знаниях, источниках данных, созданных учащимися, приоритетных критериях и соображениях компромисса. Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!	В макроскопическом масштабе энергия проявляется множеством способов, таких как движение, звук, свет и тепловая энергия. Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв! Хотя энергия не может быть уничтожена, ее можно преобразовать в менее полезные формы, например, в тепловую энергию в окружающей среде. Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв! Критерии и ограничения также включают удовлетворение любых требований, установленных обществом, таких как принятие во внимание вопросов снижения рисков, и они должны быть количественно определены в максимально возможной степени и сформулированы таким образом, чтобы можно было сказать, соответствует ли им данный проект. Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!	Энергия не может быть создана или уничтожена — она только перемещается между одним местом и другим местом, между объектами и/или полями или между системами. Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв! Современная цивилизация зависит от крупных технологических систем. Инженеры постоянно модифицируют эти технологические системы, применяя научные знания и методы инженерного проектирования, чтобы увеличить выгоды при одновременном снижении затрат и рисков. Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

Общие базовые государственные стандарты — математика

• Решите простые рациональные и радикальные уравнения с одной переменной и приведите примеры, показывающие, как могут возникать посторонние решения.(Оценки 9 — 12) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Используйте единицы как способ понять проблемы и направить решение многоступенчатых проблем; последовательно выбирать и интерпретировать единицы измерения в формулах; выбирать и интерпретировать масштаб и начало координат на графиках и дисплеях данных. (Оценки 9 — 12) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Решите квадратные уравнения путем проверки (т.g., для x² = 49), извлечение квадратных корней, завершение квадрата, квадратичная формула и разложение на множители в соответствии с исходной формой уравнения. Распознавайте, когда квадратичная формула дает комплексные решения, и записывайте их как a ± bi для действительных чисел a и b. (Оценки 9 — 12) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Измените формулы, чтобы выделить интересующую величину, используя те же рассуждения, что и при решении уравнений.(Оценки 9 — 12) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Решайте линейные уравнения и неравенства с одной переменной, в том числе уравнения с коэффициентами, обозначенными буквами. (Оценки 9 — 12) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – технология

• Прототип — это рабочая модель, используемая для проверки концепции дизайна путем проведения реальных наблюдений и необходимых корректировок. (Оценки 9 — 12) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Энергетические ресурсы могут быть возобновляемыми и невозобновляемыми.(Оценки 9 — 12) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ

Колорадо — Математика

Колорадо – наука

• Разработать, сообщить и обосновать основанное на фактических данных научное объяснение потенциальной и кинетической природы механической энергии. (Оценки 9 — 12) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Используйте соответствующие измерения, уравнения и графики для сбора, анализа и интерпретации данных о количестве энергии в системе или объекте. (Оценки 9 — 12) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Список материалов

Каждой группе нужно:

• цилиндрический деревянный брусок толщиной не менее 1 дюйма (2. 54 см) в диаметре и около 8 дюймов (20 см) в длину
• Водяная турбина Рабочий лист

Пример цифрового мультиметра. Авторское право

Copyright © 2005 Андре Карват, Wikimedia Commons http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Digital_Multimeter_Aka.jpg

Для всего класса:

• 1 или 2 мультиметра или вольтметра
• 2 двухсторонних измерительных провода с зажимами типа «крокодил»
• Двигатели постоянного тока 1–2 для хобби (доступны в RadioShack [предлагаемые номера деталей: 273-223, 273-047 или 273-106] или в магазинах для хобби; убедитесь, что на валу нет шестерни)
• сверло
• сверло с размером, равным диаметру вала хобби-мотора
• два деревянных бруска 2 x 4, каждый примерно 5 дюймов (12.7 см) длинный
• два 2,5-дюймовых (6,35 см) гвоздя или шурупа
• молоток или отвертка
• один 3-5-дюймовый (7,6-12,7 см) кусок трубы из ПВХ с внутренним диаметром, который немного больше, чем диаметр цилиндрических деревянных блоков, используемых для строительства турбины
• различные материалы, из которых могут быть изготовлены лопасти турбины, такие как каталожные карточки, пластиковые бутылки, бумажные или пластиковые стаканчики, картон, ДСП, толстый картон для плакатов, пенопласт, тонкие стержни для дюбелей, бамбуковые шпажки и т. д.
• ножницы
• клей
• прочная лента, например клейкая лента или упаковочная лента
• вода
• кувшин, пластиковые бутылки или чашки для хранения и наливания воды (чем больше, тем лучше)

Рабочие листы и вложения

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/cub_housing_lesson04_activity1], чтобы распечатать или загрузить.

Больше учебных программ, подобных этому

Предварительные знания

Базовое понимание понятий кинетической и потенциальной энергии, работы и мощности.Чтобы заполнить рабочий лист, умение решать основные алгебраические уравнения.

Введение/Мотивация

Плотина Гувера, Невада, США. Авторское право

Copyright © Pixabay.com 2018. https://pixabay. com/photos/hoover-dam-colorado-river-nevada-3780254/

Кто из вас когда-либо видел плотину Гувера в Неваде или видел изображение плотины Гувера? Одна из причин строительства плотины Гувера заключалась в том, чтобы не допустить попадания ила и отложений в реку Колорадо.Кто-нибудь знает, какую еще роль играет плотина Гувера? Верно; это еще и электростанция. Плотина Гувера преобразует энергию движущейся воды реки Колорадо в электричество. Гидроэлектростанции встречаются по всему миру. Когда в 1935 году была построена плотина Гувера, это была крупнейшая электростанция в мире. В настоящее время это всего лишь 58 крупнейшая гидроэлектростанция в мире. Инженеры продолжают вносить значительные улучшения в конструкцию плотин, чтобы использовать силу воды.

Гидроэлектростанции, такие как плотина Гувера, производят электроэнергию за счет потока воды, проходящего через плотину. Как только вода достигает турбин плотины Гувера, она движется со скоростью около 38 метров в секунду (85 миль в час). Учитывая, что весь поток реки Колорадо проходит через плотину Гувера, этот поток содержит много кинетической энергии. Вода получает эту кинетическую энергию из-за перепада высоты от резервуара до выхода. Это падение высоты преобразует потенциальную энергию воды в кинетическую энергию.Разница в высоте воды известна как голов.

Пример закона сохранения массы: удерживание большого пальца над водой, вытекающей из шланга, заставляет воду проходить через меньшее отверстие, ускоряя поток. авторское право

Copyright © Pikist.com 2020. https://www.pikist .com/free-photo-viwpg

Вода также ускоряется, направляя поток через меньшее отверстие, подобно эффекту, когда вы кладете палец на кран или шланг.Что вы делаете, так это уменьшаете площадь потока воды, и чтобы компенсировать уменьшение площади, вода течет быстрее (в соответствии с законом сохранения массы ). Объединив два эффекта, сузив поперечное сечение, через которое течет вода, и увеличив передачу энергии от потенциальной к кинетической, инженеры спроектировали плотину Гувера так, чтобы она генерировала максимум 2080 мегаватт энергии.

Плотины

, такие как плотина Гувера, также могут контролировать свою выходную мощность.Когда спрос высок, вносятся коррективы, чтобы через них проходило больше воды и производилось больше электроэнергии. Гидроэлектроэнергия не всегда вырабатывается так же, как плотина Гувера. В некоторых гидроэнергетических технологиях для выработки электроэнергии используется только напор между резервуаром и выходом. Вместо плотины другие гидроэлектростанции просто используют небольшой канал для направления речной воды через турбину. Третьи заводы только качают воду по трубе, а затем через турбины, используя поток реки для выработки электроэнергии.

Принцип работы турбины довольно прост. Вода ударяется о лопатки турбины и раскручивает турбину, которая соединена с генератором с валом. Вал вращает генератор, заставляя его производить ток. Генерируемая электроэнергия направляется по линиям электропередач туда, где она необходима. Не вся энергия воды переходит в электрическую; во время передачи часть энергии теряется из-за трения между валом и генератором, а также между водой и лопастями. Несмотря на это, многие турбины работают с КПД более 90%.

В настоящее время в мире используется несколько различных типов турбин. Каждый из них имеет преимущества и недостатки, связанные с напором и расходом воды. Инженеры должны проанализировать все, что касается плотины, реки и образующегося водохранилища, чтобы определить лучший тип турбины для использования.

Пример турбины. Обратите внимание на форму лезвия. Авторское право

Copyright © Pikist.com, 2020. https://www.pikist.com/free-photo-idehr

Традиционно электростанции использовали уголь для выработки электроэнергии. Почему сообщество может захотеть использовать воду вместо угля в качестве источника энергии и электричества для своих зданий? Уголь является примером невозобновляемого источника энергии или источника энергии, который не восполняется естественным образом за короткий промежуток времени. Однако вода является возобновляемым источником энергии. Круговорот воды на Земле обеспечивает полноту рек и озер. Вода также является более чистым способом производства электроэнергии, поскольку при этом в атмосферу не выбрасываются загрязняющие вещества и углекислый газ.При сжигании угля в воздух выбрасываются многочисленные загрязняющие вещества, наносящие вред здоровью людей и наносящие вред окружающей среде. Одним из способов, которым инженеры помогают нам увеличить использование возобновляемых источников энергии, является проектирование и строительство плотин гидроэлектростанций.

Плотина Гувера — пример огромной гидроэлектростанции, которая вырабатывает огромное количество электроэнергии для энергосистемы страны. Но гидроэлектроэнергия является жизнеспособным возобновляемым ресурсом и в меньших масштабах; это то, что некоторые люди используют, когда живут в отдаленных районах возле круглогодичных ручьев.Размышляя о проектировании энергоэффективного дома, использование энергии воды является одним из способов выработки электроэнергии «вне сети» и повышения эффективности конструкции нашего жилья. Сегодня мы собираемся разработать и проанализировать модели гидротурбин и то, как их можно использовать для выработки электроэнергии для энергоэффективных домов.

Процедура

Фон

Для плотин, которые генерируют электроэнергию за счет разницы высот воды, расчет мощности может быть достигнут за несколько математических шагов.Начните с нахождения энергии системы. Если знать напор воды (или разность высоты воды), то потенциальная энергия воды в водоеме равна:

, где PE — потенциальная энергия, m — масса воды, g — ускорение свободного падения (9,8 м/с ² ), а h — напор воды. Эта потенциальная энергия может быть преобразована в кинетическую энергию с помощью следующего уравнения:

, где v — скорость воды.Поскольку энергия никогда не может быть создана или потеряна (закон сохранения энергии ), потенциальная энергия равна кинетической энергии системы. Используйте кинетическую энергию, чтобы определить скорость воды, протекающей через турбины.

Мощность, вырабатываемая плотиной, связана с расходом воды. Расход воды — это просто изменение объема во времени (наиболее распространенными единицами измерения являются м ³ /с). Самый простой способ рассчитать расход воды — это сначала рассчитать или определить скорость воды.Скорость воды, умноженная на площадь поперечного сечения, через которое она протекает, дает вам скорость потока, Q.

Массовый расход воды — это просто масса воды во времени, или кг/с. Используйте следующее уравнение для расчета массового расхода:

, где Q — скорость потока, а ρ — плотность воды (1000 кг/м ³ ). (Примечание: любая переменная с точкой над ней просто означает, что переменная зависит от времени. Таким образом, ṁ [массовый расход] — это просто масса, деленная на время.) Мощность, генерируемая этой текущей водой, равна просто:

Перед занятием

• За несколько дней до мероприятия попросите учащихся собрать и принести из дома различные пластиковые бутылки, картон и другие материалы, из которых можно сделать лопасти турбины.
• Соберите материалы и сделайте копии рабочего листа водяной турбины, по одной на группу.
• Просверлите отверстие на одном конце каждого цилиндрического деревянного бруска, диаметр которого равен диаметру вала мотора для хобби.Поместите отверстие как можно ближе к точному центру дерева.
• Соберите устройство (устройства) для испытания турбины, используя деревянные блоки, гвозди или шурупы, трубу из ПВХ, двигатель постоянного тока, клейкую ленту и провода с зажимами типа «крокодил», как показано ниже. Соберите устройство для испытания турбин класса. Прибейте или прикрутите два деревянных бруска. Приклейте ПВХ-трубу и двигатель к основанию из деревянного блока. Подключите двигатель к мультиметру. Copyright

  Copyright © 2009 Jacob Crosby, ITL Program, University of Colorado Boulder

• В этом упражнении каждая группа создает турбину на своих собственных цилиндрических деревянных брусках, а затем по очереди размещает свои турбины на устройстве (устройствах) для испытания турбин в классе для измерения напряжения.

Со студентами

1. Разделите класс на группы по три ученика в каждой.
2. Раздайте рабочие листы и деревянные блоки.
3. В ходе обсуждения в классе сформулируйте задачу, которую учащиеся пытаются решить, проектируя водяные турбины; это должно включать в себя, как генерировать электричество для дома с использованием возобновляемого источника энергии.
4. В группах попросите учащихся провести мозговой штурм, как они могут спроектировать свои гидротурбины. Возможные вопросы для рассмотрения: Сколько лезвий? Как их расставить? Из какого материала сделать лопасти? Какой формы лезвия? Предложите учащимся записать все идеи мозгового штурма в свои рабочие листы.
5. По результатам мозгового штурма попросите каждую группу согласовать один проект для своей модели турбины. Попросите их нарисовать свои рисунки на рабочих листах и ​​объяснить, почему они выбрали именно этот рисунок.
6. Затем попросите каждую группу использовать доступные материалы для создания прототипа своей турбины на основе проекта. Примечание. Поскольку двигатель будет помещен непосредственно в цилиндрический деревянный брусок, убедитесь, что учащиеся прикрепляют лопасти своей турбины к концу, противоположному отверстию, просверленному в деревянном бруске; это предотвращает падение двигателя прямо на пути воды во время испытаний.Вид спереди и сбоку на установку для занятий с мотором для хобби и мультиметром, подключенным к деревянному блоку одной команды и прототипу водяной турбины. Copyright

   Copyright © 2009 Jason Crosby, ITL Program, Engineering College, University of Colorado Boulder

7. Когда группа закончит сборку своей турбины, попросите ее выйти на улицу или над большой раковиной, чтобы проверить, насколько хорошо она работает.
8. Для проведения испытаний группа поместит конец модели турбины через трубу из ПВХ на испытательное устройство и на вал двигателя.Вы можете захотеть прикрепить переднюю часть тестирующего устройства скотчем к поверхности, на которой оно установлено, чтобы предотвратить его движение во время тестирования. Как только турбина будет подключена, попросите одного ученика налить воду на турбину. Попросите учителя или другого ученика измерить и записать время, в течение которого вода попадает на лопасти. Прототип конструкции водяной турбины студенческой команды испытывается путем непрерывного наливания воды сверху на лопатки. инженерного факультета Университета Колорадо в Боулдере

9. Попросите каждую группу по очереди лить воду на лопасти своей турбины с трех разных высот, записывая данные в рабочий лист.
10. Предложите учащимся выполнить расчеты и анализ в своих рабочих листах.
11. В заключение проведите обсуждение в классе, чтобы просмотреть и сравнить выводы групп. Какие улучшения они бы сделали? Где бы они разместили турбины рядом со своими энергоэффективными домами? См. дополнительные вопросы для обсуждения после занятия в разделе «Оценка».
12. Попросите группы учащихся представить свои проекты всему классу, как описано в разделе «Оценка».

Словарь/Определения

сохранение энергии: физический закон, утверждающий, что энергия системы должна оставаться постоянной и что энергия не может быть создана.

сохранение массы: физический закон, утверждающий, что масса не может быть ни создана, ни уничтожена.

Энергия: Способность объекта совершать работу.

перенос энергии: Процесс, посредством которого энергия преобразуется из одной формы в другую.

генератор: устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.

голова: разница высот воды между двумя точками.

гидроэнергетика: Энергия, вырабатываемая движением или падением воды.

кинетическая энергия: энергия объекта из-за его движения.

невозобновляемый источник энергии: источник энергии, который не восполняется в течение короткого периода времени.

потенциальная энергия: энергия, хранящаяся в объекте в зависимости от его положения.

возобновляемая энергия: Энергия, полученная из возобновляемого источника.

возобновляемый источник энергии: источник энергии, который естественным образом восполняется за короткий промежуток времени.

вольтметр: прибор, измеряющий напряжение.

гидротурбина: механическое устройство, вырабатывающее электричество из движущейся воды.

работа: механическая передача энергии от одного объекта к другому.

Оценка

Предварительная оценка

Мозговой штурм : В небольших группах учащиеся должны участвовать в открытом обсуждении.Напомните учащимся, что никакая идея или предложение не является «глупой». Все идеи должны быть выслушаны с уважением. Спросите у студентов:

• Как можно использовать воду для производства энергии и электричества?
• Какие преимущества дает создание и использование гидроэлектростанций?
• Какие недостатки?

Встроенная оценка активности

Рабочий лист : Предложите учащимся заполнить рабочий лист. Просмотрите их ответы, чтобы оценить их мастерство в предмете.

Оценка после активности

Обсуждение в классе : Всем классом обсудите следующее:

• Какие части ваших конструкций, по-видимому, обеспечивают большую эффективность способности турбин преобразовывать энергию воды в электричество?
• Какие части ваших конструкций, по-видимому, давали более низкую эффективность?
• Как мы могли бы объединить различные конструктивные идеи из всех групп в одну турбину, которая могла бы иметь более высокий КПД, чем отдельные турбины?

Презентация класса : Попросите группы учащихся представить свои проекты всему классу. Требуйте от них описания того, насколько хорошо работают водяные колеса и какие улучшения они могут внести в свои конструкции.

Вопросы безопасности

• Не проводите испытание турбины в местах, где мокрый пол может стать скользким.
• Не допускайте попадания воды прямо на двигатель. Небольшое разбрызгивание — это нормально, но, поскольку задействованы некоторые электрические соединения, большое количество воды может повредить двигатель или нанести вред ученику.

Советы по устранению неполадок

Некоторые двигатели имеют легко заметные разъемы (два куска металла, торчащие из двигателя с отверстием посередине), которые упрощают подключение проводов и мультиметров/вольтметров к выводам двигателя, в то время как другие этого не делают. При использовании двигателя, в котором разъемы отсутствуют на двигателе, найдите (как минимум) две прорези для разъемов на противоположных сторонах двигателя. Попросите учащихся поместить выводы проводов или мультиметров в две из этих прорезей.Если прорезей больше двух, попросите учеников поместить провода в одну пару прорезей и вручную повернуть вал двигателя. Если мультиметр/вольтметр показывает напряжение или ток при вращении вала, то это разъемы. Если это не так, то другая пара прорезей является разъемом. Попросите учащихся проверить электродвигатель на наличие показаний напряжения и тока на мультиметре/вольтметре.

Одним из простых способов измерения напряжения на двигателе является подключение электрического провода к разъемам двигателя и использование зажимов типа «крокодил» на концах проводов мультиметра/вольтметра.Таким образом вы можете создать одну или несколько испытательных станций, а ученики могут просто прикрепить к установке свои водяные турбины.

Расширения деятельности

Попросите каждую команду работать с другой группой, чтобы объединить части обеих конструкций, чтобы создать турбину, которая имеет более высокий рейтинг эффективности, чем исходные прототипы турбин любой группы. Предложите учащимся написать один или два коротких абзаца, описывающих, что они хотели бы добавить и исключить, и почему, по их мнению, эти изменения сделают их новую турбину более эффективной, чем отдельные турбины, которые они сделали изначально.

Решение задач — потоки энергии и воды : Предложите учащимся решить следующие математические задачи: Решение задач — Поток энергии и воды: Предложите учащимся решить следующие математические задачи:

1. Киловатт-час (кВтч) часто используется при обсуждении использования электроэнергии. Покажите, что единицы измерения кВтч эквивалентны единице энергии джоулю. (Подсказка: Ватт = Дж/с)

Ответ на задачу 1.

2. Мощность, связанная с перепадом высот текущей жидкости, приведена выше как: P = (массовый расход)gh.Покажите, что единицы этого уравнения эквивалентны единицам мощности в системе СИ, ваттам.

Ответ на задачу 2.

Масштабирование активности

Для младших школьников исключить математический анализ из рабочего листа.

Дополнительная мультимедийная поддержка

Посмотрите отличный рисунок, показывающий ключевые части гидроэлектростанции, включая резервуар, водозабор, регулирующие ворота, водовод, генератор, турбину, трансформатор, электростанцию, отвод и линии электропередач на этом веб-сайте HowStuffWorks: http://people.howstuffworks.com/hydropower-plant1.htm

использованная литература

Бонсор, Кевин. Как работают гидроэлектростанции. 6 сентября 2001 г. HowStuffWorks.com. По состоянию на 31 марта 2009 г. http://people.howstuffworks.com/hydropower-plant1.htm

Плотина Гувера, посещение плотины Гувера. Последнее рассмотрение: март 2009 г. Регион Нижний Колорадо, Бюро мелиорации, Министерство внутренних дел США. По состоянию на 31 марта 2009 г.http://www.usbr.gov/lc/hooverdam/

Основы гидроэнергетики. Последнее обновление 8 января 2008 г. Программа ветряных и гидроэнергетических технологий, энергоэффективность и возобновляемые источники энергии, Министерство энергетики США. (как работает гидроэнергетика, типы гидроэлектростанций, типы гидротурбин, глоссарий терминов) По состоянию на 31 марта 2009 г. http://www.eere.energy.gov/basics/renewable_energy/hydropower.html

авторское право

© 2007 Регенты Университета Колорадо

Авторы

Тайлер Малин; Лорен Купер; Малинда Шефер Зарске; Дениз В.Карлсон

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж Колорадского университета в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы цифровой библиотеки было разработано в рамках грантов Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), Министерства образования США и Национального научного фонда (грант ГК-12 №. 0338326). Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства энергетики или Национального научного фонда, и вы не должны исходить из того, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 5 января 2022 г.

Как работает гидроэнергетика | Компания по благоустройству долины Висконсина

Гидроэлектростанции улавливают энергию падающей воды для выработки электроэнергии. Турбина преобразует кинетическую энергию падающей воды в механическую энергию.Затем генератор преобразует механическую энергию турбины в электрическую энергию.

Размеры гидроэлектростанций варьируются от «микрогидроэлектростанций», питающих лишь несколько домов, до гигантских плотин, таких как плотина Гувера, обеспечивающих электроэнергией миллионы людей.

На фотографии справа изображена Александровская гидроэлектростанция на реке Висконсин, электростанция среднего размера, которая производит достаточно электроэнергии, чтобы обслуживать около 8000 человек.

 

Детали гидроэлектростанции

Большинство обычных гидроэлектростанций состоят из четырех основных компонентов (см. рисунок ниже):

1. Плотина. Повышает уровень воды в реке, создавая падающую воду. Также контролирует поток воды. Образовавшийся резервуар, по сути, представляет собой накопленную энергию.
2. Турбина. Сила падающей воды, давит на лопасти турбины, заставляет турбину вращаться.Водяная турбина очень похожа на ветряную мельницу, за исключением того, что энергия обеспечивается падающей водой, а не ветром. Турбина преобразует кинетическую энергию падающей воды в механическую энергию.
3. Генератор. Подключен к турбине валами и, возможно, шестернями, поэтому, когда турбина вращается, она также заставляет вращаться генератор. Преобразует механическую энергию турбины в электрическую энергию. Генераторы на гидроэлектростанциях работают так же, как генераторы на других типах электростанций.
4. Линии электропередачи . Проводите электричество от ГЭС к домам и предприятиям.

Сколько электроэнергии может производить гидроэлектростанция?

Количество электроэнергии, производимой гидроэлектростанцией, зависит от двух факторов:

1. Как далеко падает вода. Чем дальше падает вода, тем больше в ней силы. Как правило, расстояние, на которое падает вода, зависит от размера плотины.Чем выше плотина, тем дальше падает вода и тем больше у нее мощности. Ученые сказали бы, что сила падающей воды «прямо пропорциональна» расстоянию, на которое она падает. Другими словами, вода, падающая вдвое дальше, обладает вдвое большей энергией.
2. Количество падающей воды. Больше воды, проходящей через турбину, производит больше энергии. Количество доступной воды зависит от количества воды, стекающей по реке. Большие реки имеют больше проточной воды и могут производить больше энергии.Мощность также «прямо пропорциональна» стоку реки. Река с вдвое большим объемом проточной воды, чем в другой реке, может производить в два раза больше энергии.

Могу ли я рассчитать, сколько энергии может производить плотина в моем районе?

Конечно. Это не так сложно.

Допустим, в вашем районе есть небольшая плотина, которая не используется для производства электроэнергии. Возможно, плотина используется для подачи воды для орошения сельскохозяйственных угодий, а может быть, она была построена для создания озера для отдыха.Как мы объяснили выше, вам нужно знать две вещи:

1. Как далеко падает вода. Из разговора с человеком, который управляет плотиной, мы узнаем, что плотина имеет высоту 10 футов, поэтому вода падает на 10 футов.
2. Количество воды в реке. Мы связываемся с Геологической службой США, агентством в США, которое измеряет речной сток, и узнаем, что среднее количество воды, протекающей в нашей реке, составляет 500 кубических футов в секунду.

Теперь все, что нам нужно сделать, это немного математики. Инженеры обнаружили, что мы можем рассчитать мощность плотины, используя следующую формулу:

Мощность = (Высота плотины) x (Расход реки) x (КПД) / 11,8

Мощность	Электрическая мощность в киловаттах (один киловатт равен 1000 ваттам).
Высота плотины	Расстояние, на которое падает вода, измеряется в футах.
Речной сток	Количество воды, протекающей по реке, измеряется в кубических футах в секунду.
Эффективность	Насколько хорошо турбина и генератор преобразуют энергию падающей воды в электроэнергию. Для старых, плохо обслуживаемых гидроэлектростанций этот показатель может составлять 60% (0,60), а для новых, хорошо эксплуатируемых гидроэлектростанций этот показатель может достигать 90% (0,90).
11.8	Преобразует футы и секунды в киловатты.

Для плотины в нашем районе, скажем, мы покупаем турбину и генератор с КПД 80%.

Тогда мощность нашей плотины будет:

Мощность = (10 футов) x (500 кубических футов в секунду) x (0,80) / 11,8 = 339 киловатт

Чтобы понять, что означают 339 киловатт, давайте посмотрим, сколько электроэнергии мы можем произвести за год.

Поскольку электрическая энергия обычно измеряется в киловатт-часах, мы умножаем мощность нашей плотины на количество часов в году.

Электроэнергия = (339 киловатт) х (24 часа в сутки) х (365 дней в году) = 2 969 000 киловатт-часов.

Среднегодовое потребление энергии в жилых домах в США составляет около 3000 киловатт-часов на каждого человека. Таким образом, мы можем вычислить, сколько людей может обслуживать наша плотина, разделив годовое производство энергии на 3000.

человек Обслужено = 2 969 000 киловатт-часов / 3 000 киловатт-часов на человека) = 990 человек.

Таким образом, наша местная ирригационная или рекреационная плотина могла бы обеспечивать достаточное количество возобновляемой энергии для удовлетворения бытовых потребностей 990 человек, если бы мы добавили турбину и генератор.

Примечание. Прежде чем вы решите добавить гидроэнергию к плотине, попросите инженера-гидроэнергетика проверить ваши расчеты и проконсультироваться с местными агентствами по ресурсам, чтобы убедиться, что вы можете получить все необходимые разрешения.

США — Управление энергетической информации США (EIA)

Страница не существует для .

Чтобы просмотреть эту страницу, выберите состояние: United StatesAlabamaAlaskaArizonaArkansasCaliforniaColoradoConnecticutDelawareDistrict из ColumbiaFloridaGeorgiaHawaiiIdahoIllinoisIndianaIowaKansasKentuckyLouisianaMaineMarylandMassachusettsMichiganMinnesotaMississippiMissouriMontanaNebraskaNevadaNew HampshireNew JerseyNew MexicoNew YorkNorth CarolinaNorth DakotaOhioOklahomaOregonPennsylvaniaRhode IslandSouth CarolinaSouth DakotaTennesseeTexasUtahVermontVirginiaWashingtonWest VirginiaWisconsinWyoming

Страница не существует для .

Чтобы просмотреть эту страницу, выберите состояние: AlabamaAlaskaArizonaArkansasCaliforniaColoradoConnecticutDelawareDistrict из ColumbiaFloridaGeorgiaHawaiiIdahoIllinoisIndianaIowaKansasKentuckyLouisianaMaineMarylandMassachusettsMichiganMinnesotaMississippiMissouriMontanaNebraskaNevadaNew HampshireNew JerseyNew MexicoNew YorkNorth CarolinaNorth DakotaOhioOklahomaOregonPennsylvaniaRhode IslandSouth CarolinaSouth DakotaTennesseeTexasUtahVermontVirginiaWashingtonWest VirginiaWisconsinWyoming

Страница не существует для .

Чтобы просмотреть эту страницу, выберите штат или территорию: AlabamaAlaskaArizonaArkansasCaliforniaColoradoConnecticutDelawareDistrict из ColumbiaFloridaGeorgiaHawaiiIdahoIllinoisIndianaIowaKansasKentuckyLouisianaMaineMarylandMassachusettsMichiganMinnesotaMississippiMissouriMontanaNebraskaNevadaNew HampshireNew JerseyNew MexicoNew YorkNorth CarolinaNorth DakotaOhioOklahomaOregonPennsylvaniaRhode IslandSouth CarolinaSouth DakotaTennesseeTexasUtahVermontVirginiaWashingtonWest VirginiaWisconsinWyomingAmerican SamoaGuamNorthern Марианские IslandsPuerto RicoUS Виргинские острова

Страница не существует для .

Вместо этого вы хотите перейти на страницу обзора?

Засухи сокращают гидроэнергетику и создают риск для глобального стремления к чистой энергии во всем мире, что в некоторых случаях вынуждает правительства больше полагаться на ископаемое топливо.

Возникающие проблемы с производством гидроэлектроэнергии в таких странах, как США, Китай и Бразилия, представляют собой то, что, по словам ученых и экспертов по энергетике, будет долгосрочной проблемой для отрасли, поскольку изменение климата вызывает более неустойчивую погоду и делает доступ к воде менее надежным. .

Они также могут представлять угрозу для международных амбиций по борьбе с глобальным потеплением, препятствуя одной из ведущих форм существующей чистой энергии. По данным Международного энергетического агентства (МЭА), гидроэнергетика является основным источником чистой энергии в мире и составляет около 16% мирового производства электроэнергии.

Зарегистрируйтесь прямо сейчас и получите БЕСПЛАТНЫЙ неограниченный доступ к Reuters.com

Зарегистрируйтесь

В этом году климатические засухи вызвали крупнейшие за последние десятилетия перебои в производстве гидроэлектроэнергии в таких странах, как запад США и Бразилия.Китай все еще восстанавливается после последствий прошлогодней сильной засухи для гидроэнергетики в провинции Юньнань в юго-западной части страны.

В других местах проблема заключается в слишком большом количестве воды.

В прошлом году в Малави, например, наводнение и обломки от мегаштормов привели к отключению двух электростанций, что снизило мощность гидроэнергетики с 320 мегаватт (МВт) до 50 МВт, по данным МЭА.

Эти последствия вынудили операторов электросетей в большей степени полагаться на тепловые электростанции, часто работающие на природном газе или угле, и просить предприятия сократить потребление электроэнергии для предотвращения отключений, согласно интервью Reuters с операторами сетей и регулирующими органами.

«Когда мы говорим о гидроэнергетике, мы на самом деле говорим о том, чтобы у нас было достаточно воды для получения электричества», — сказала Кристен Аверит, профессор-исследователь, специализирующийся на климатической устойчивости в Университете Невады в Лас-Вегасе. «Чем заменяется эта гидроэнергетика?»

ЗАКРЫТИЕ НА ОЗЕРЕ ОРОВИЛЬ

В Калифорнии Государственный водный проект был вынужден в этом месяце закрыть гидроэлектростанцию ​​мощностью 750 МВт на озере Оровилль впервые с момента ее постройки в 1967 году из-за низкого уровня воды.В хорошие годы станция может обеспечить электричеством полмиллиона домов.

Энергетические объекты на озере Шаста, крупнейшем водохранилище в проекте Центральной долины федерального правительства в Калифорнии, этим летом также производили примерно на 30% меньше энергии, чем обычно, сказал Кэри Фокс, руководитель группы операций Бюро мелиорации в штате. .

Озеро обычно обеспечивает около 710 МВт летом, но в июле производило только 500 МВт, сказал Фокс.

На огромной плотине Гувера мощностью 2000 МВт на реке Колорадо на границе Невады и Аризоны производство также сократилось примерно на 25% в прошлом месяце, сообщает агентство.

Один мегаватт может обеспечить электроэнергией до 1000 домов в США.

Нехватка электроэнергии в Калифорнии, отчасти вызванная низкой выработкой гидроэлектроэнергии, побудила губернатора Гэвина Ньюсома издать 30 июля приказ, разрешающий промышленным потребителям энергии работать на дизельных генераторах и двигателях, которые выбрасывают больше парниковых газов.

Приказ также разрешил судам в порту использовать дизельные генераторы вместо подключения к сети, а также снял ограничения на количество топлива, которое электростанции на природном газе могут использовать для выработки электроэнергии.

Лодка лежит на дне реки Амазонас в городе Манаус, Бразилия, 26 октября 2015 г. REUTERS/Bruno Kelly/File Photo

Подробнее

Экологи раскритиковали этот шаг, заявив, что он ухудшит качество воздуха. в Калифорнии и подорвать усилия штата по борьбе с изменением климата.

Тим Уэлч, директор по исследованиям в области гидроэнергетики в Министерстве энергетики США, сказал, что министерство изучает способы более эффективного хранения воды плотинами в дождливые периоды, чтобы ее можно было использовать во время засухи.

Гидроэлектростанции в Соединенных Штатах способны производить около 80 гигаватт (ГВт) энергии, что составляет около 7% от общего объема производства энергии, сказал Уэлч.

ЗАСУХА В БРАЗИЛИИ

В Бразилии, где гидроэлектроэнергия является основным источником электроэнергии с показателем 61%, засуха недавно сократила приток воды к гидродамбам до минимума за 91 год, сообщил министр горнодобывающей промышленности и энергетики страны.

Чтобы компенсировать падение производства гидроэлектроэнергии, страна стремится активировать теплоэлектростанции, в основном работающие на природном газе, что может привести к увеличению выбросов парниковых газов.В июле отраслевой регулятор Aneel поднял тариф на самую дорогую электроэнергию на 52% из-за засухи.

С изменением климата суровые погодные явления, такие как нынешняя засуха, будут становиться все более частыми, и бразильцам придется изменить свое отношение к воде, сказал Хосе Маренго, климатолог из государственного центра мониторинга стихийных бедствий.

«Люди всегда думали, что вода безгранична, но на самом деле это не так», — сказал Маренго.

Министр горнодобывающей промышленности и энергетики Бразилии Бенту Альбукерке заявил на онлайн-брифинге с журналистами, что бум строительства линий электропередач для перенаправления электроэнергии туда, где она необходима, и диверсификация от гидроэнергетики к солнечной и ветровой энергии помогут стране справиться с такими событиями. в будущем и предотвратить необходимость нормирования воды.

Несмотря на это, Бразилия еще долгие годы будет зависеть от гидроэнергетики. К 2030 году министерство энергетики прогнозирует, что 49% электроэнергии будет производиться гидроэнергетикой. Страна также поддерживает планы по строительству большего количества гидроэлектростанций, изучает потенциальные трансграничные проекты плотин с Боливией, Гайаной и Аргентиной, а также строит небольшие плотины мощностью 2 ГВт внутри страны.

ПЛОТИНЫ — СПАСИТЕ ПЛАНЕТУ ИЛИ НАВРЕДИТЕ ЕЙ?

Согласно официальным данным, прошлогодняя засуха в китайской провинции Юньнань привела к сокращению выработки гидроэлектроэнергии почти на 30% за первые пять месяцев 2020 года.Производство в этом году остается сокращенным примерно на 10%.

На Юньнань обычно приходится примерно четверть всей гидроэнергетики Китая, и в провинции находится несколько предприятий по выплавке алюминия, для работы которых требуется огромное количество энергии. Ранее в этом году провинция ограничила использование электроэнергии производителями металлов, что вынудило временно закрыть некоторые плавильные мощности.

Ожидаются новые сбои.

Недавнее исследование, проведенное учеными из Нанкина, рассмотрело потенциальное влияние изменения климата и повышения температуры на производство гидроэлектроэнергии в Юньнани.Их модели показали уменьшение количества осадков и снегопадов в период засухи в октябре-апреле и их увеличение в летний сезон дождей.

Чтобы выровнять изменчивость, исследователи предложили увеличить вместимость — больше плотин и водохранилищ.

Но, по мнению экспертов, отводы могут усугубить засуху в других местах. Гигантские водохранилища Китая в верховьях реки Меконг в провинции Юньнань уже обвиняют в уменьшении стока вниз по течению, что влияет на доступ к воде в Таиланде, Камбодже и Мьянме.

Зарегистрируйтесь сейчас и получите БЕСПЛАТНЫЙ неограниченный доступ к Reuters.

com

Зарегистрируйтесь

Репортажи Шэрон Бернштейн из Сакраменто, Калифорния, Джейк Спринг из Бразилии, Дэвид Стэнвей из Шанхая Под редакцией Маргариты Чой

Наши стандарты: Принципы доверия Thomson Reuters.

Гидроэнергетика | Национальное географическое общество

Гидроэлектроэнергия, также называемая гидроэлектроэнергией или гидроэлектроэнергией, представляет собой форму энергии, которая использует силу движущейся воды, например воды, текущей по водопаду, для выработки электроэнергии.Люди использовали эту силу на протяжении тысячелетий. Более двух тысяч лет назад люди в Греции использовали проточную воду, чтобы вращать колесо своей мельницы, чтобы перемолоть пшеницу в муку.

Как работает гидроэнергетика?

Большинство гидроэлектростанций имеют резервуар с водой, задвижку или клапан для контроля того, сколько воды вытекает из резервуара, а также выпускное отверстие или место, куда вода попадает после того, как стекает вниз. Вода получает потенциальную энергию непосредственно перед тем, как переливается через плотину или стекает с холма.Потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию, когда вода течет вниз по склону. Вода может использоваться для вращения лопастей турбины для выработки электроэнергии, которая распределяется между потребителями электростанции.

Типы гидроэлектростанций

Существует три различных типа гидроэлектростанций, наиболее распространенными из которых являются водохранилища. В водохранилище плотина используется для контроля потока воды, хранящейся в бассейне или резервуаре.Когда требуется больше энергии, вода сбрасывается из плотины. Как только вода высвобождается, сила тяжести берет верх, и вода течет вниз через турбину. Когда лопасти турбины вращаются, они приводят в действие генератор.

Другим типом гидроэлектростанций являются деривационные сооружения. Этот тип завода уникален тем, что не использует плотину. Вместо этого он использует серию каналов для направления проточной речной воды к турбинам, питающим генераторы.

Третий тип установок называется гидроаккумулирующими.Этот завод собирает энергию, полученную от солнечной, ветровой и ядерной энергии, и сохраняет ее для будущего использования. Завод накапливает энергию, перекачивая воду вверх из бассейна на более низкой высоте в резервуар, расположенный на более высокой высоте. Когда есть высокий спрос на электроэнергию, вода, находящаяся в верхнем бассейне, высвобождается. Когда эта вода стекает обратно в нижний резервуар, она вращает турбину, вырабатывая больше электроэнергии.

Насколько широко в мире используется гидроэлектроэнергия?

Гидроэлектроэнергия является наиболее часто используемым возобновляемым источником электроэнергии.Китай является крупнейшим производителем гидроэлектроэнергии. Другие ведущие производители гидроэлектроэнергии в мире включают США, Бразилию, Канаду, Индию и Россию. Приблизительно 71 процент всей возобновляемой электроэнергии, вырабатываемой на Земле, приходится на гидроэнергетику.

Какая самая большая гидроэлектростанция в мире?

Плотина «Три ущелья» в Китае, которая сдерживает реку Янцзы, является крупнейшей гидроэлектростанцией в мире с точки зрения производства электроэнергии.Плотина имеет длину 2335 метров (7660 футов) и высоту 185 метров (607 футов) и имеет достаточно генераторов для производства 22 500 мегаватт электроэнергии.

 

Гидроэнергетика | Умные дома

Системы гидрогенерации бывают всех размеров

Большинство бытовых систем вырабатывают менее 5 кВт электроэнергии, что достаточно для питания одного дома в зависимости от схемы использования. Такие схемы называются «микро-гидро».

Если вы находитесь в сельской местности и в вашем доме есть ручей с надежным потоком, микрогидроэлектростанция может быть экономичной и экологически чистой альтернативой дизельному генератору или подключению к местным линиям.

Мини-ГЭС крупнее микро-ГЭС и обычно имеют пиковую мощность от 5 до 20 кВт, но могут быть и больше. Некоторые мини-ГЭС достаточно велики, чтобы обеспечить электроэнергией небольшие общины или деревни. Например, Haast получает электроэнергию от мини-гидрогенератора мощностью 900 кВт.

Как работает микро-ГЭС

В типичной микро-ГЭС вода течет вниз по трубам в небольшую турбину, которая приводит в действие электрогенератор.

Некоторое количество электроэнергии можно использовать сразу, а остальное можно хранить в банке батарей или даже отправить обратно в сеть.

Точная установка зависит от обстоятельств вашей собственности.

Сколько он может генерировать?

Количество электричества, которое вы можете произвести, зависит от того, сколько воды течет в потоке, и перепада высоты от точки, где вода течет в трубу к турбине (это называется «напором»).

Как правило: расход (литров в секунду) x напор (метры) x 10 = максимальная выходная мощность (ватт). Таким образом, поток, падающий со скоростью 10 литров в секунду с высоты 5 метров, даст максимальную мощность 500 Вт.

Имейте в виду, что это максимальная мощность. На самом деле трение и неэффективность генератора могут снизить выходную мощность — иногда наполовину.

Среднее новозеландское домохозяйство потребляет около 10 000 кВтч электроэнергии в год (чуть менее 27,5 кВтч каждый день).

Подходит для всех объектов?

Микро-ГЭС действительно подходит только для сельской местности с рекой – с достаточным расходом. Лучше всего работает, если:

• ручей не пересыхает летом (иначе вам понадобится альтернативный источник питания)
• ручей не затопляется (это может повредить оборудование, если оно не будет тщательно спроектировано)
• склон достаточно крутой (чтобы преодолеть трение в трубах)
• есть разумная голова (см. выше).

Одним из способов увеличения напора является использование плотины. Тем не менее, создание плотин даже на небольших реках может быть трудным делом для получения разрешения на ресурсы, если только нет существующей плотины, которую можно переоборудовать для выработки электроэнергии.

Микрогидросистемы не нуждаются в перекрытии или разрушении ручьев или рек. Многие микрогидроэлектростанции работают, отводя меньшие объемы воды по трубам и каналам, прежде чем возвращать воду в русло реки.

Вам необходимо уточнить в местном совете, не переданы ли права на воду вверх по течению кому-либо другому, и в большинстве случаев вам потребуется согласие совета на использование ручья для выработки электроэнергии.

Типы систем

Каждая микрогидросистема должна быть спроектирована специально для конкретного водотока и требований пользователя. Лучше всего оставить дизайн вашему поставщику, так как есть много вещей, о которых нужно подумать, включая:

• эффективный и практичный дизайн
• конструкция впуска
• тип турбины
• воздействие на окружающую среду
• надежность снабжения
• безопасность.

Законодательные требования

Для установки микрогидросистемы вам могут понадобиться:

• разрешение на строительство любых конструкций, которые вы возводите
• ресурсное согласие на водопользование (как на забор воды, так и на возврат).

Если вы планируете подключиться к местной сети, вам также необходимо поговорить с оператором линий связи и продавцом электроэнергии.

Все электромонтажные работы должны выполняться лицензированным электриком, за исключением нестандартных ситуаций, когда напряжение ниже 32 В переменного тока или 50 В постоянного тока.

Почему выбирают микрогидроэлектростанции?

При правильном типе собственности микро-ГЭС является экономически эффективным и экологически безопасным способом производства электроэнергии. Для некоторых загородных домов это может быть гораздо выгоднее, чем покупка и запуск дизельного генератора или подключение к сети.

Микрогидроэнергетика имеет значительные экологические преимущества. Он не производит парниковых газов и снижает потери при передаче, которые возникают, когда электричество вырабатывается на электростанции и отправляется в вашу собственность по национальной сети.

Рентабельность

Стоимость установки микрогидросистемы составляет порядка 10 000–15 000 долл. США для домашней системы с базовой компоновкой. Есть несколько самодельных комплектов микро-гидротурбин стоимостью менее 3000 долларов, подходящих для небольших ручьев, но с ними могут быть связаны дополнительные затраты на настройку.

Типичные затраты включают:

• входные трубы – более длинные или широкие трубы будут стоить дороже
• турбинное и генераторное оборудование
• земляные работы, работы по защите плотин или наводнений
• блок аккумуляторов
• электрическая система управления
• затраты на оплату труда, в том числе электрика и сантехника
• электрические кабели – чем дальше генератор от места, где будет использоваться электроэнергия, тем дороже он будет стоить
• затраты на строительство и согласование ресурсов.

Затраты на техническое обслуживание, как правило, очень низкие. Вам нужно будет учитывать затраты на процесс получения согласия на ресурсы, поскольку в некоторых регионах они могут превышать 1000 долларов США.

Возможно, вы сможете возместить некоторые расходы, продав электроэнергию обратно вашей местной электросетевой компании, если ваше имущество подключено к сети и ваша электросетевая компания готова заключить с вами договор.

Схема микрогидроэлектростанции особенно заслуживает внимания, если альтернативой является либо:

• покупка нового дизельного генератора, либо
• оплачивает дорогостоящее подключение к местным линиям.

Воздействие на пресноводных рыб

В Новой Зеландии имеется несколько местных видов пресноводных рыб и беспозвоночных, обитающих в небольших ручьях и водотоках. В основном они очень маленькие и прячутся под камнями, так что их не замечаешь.

Раньше они были гораздо более распространены, но их среда обитания сокращается по мере того, как водно-болотные угодья осушаются, ручьи перекрываются плотинами, а деревья и кусты вырубаются.

Многие из них находятся под угрозой исчезновения — узнайте больше на веб-сайте Department of Conservation.

Некоторые из этих рыб могут заплыть очень далеко вверх по течению.Они даже могут взбираться на водопады, если держатся поближе к скале. Но они не могут перепрыгнуть даже небольшой вертикальный перепад.

Рыба не может пройти против течения через турбину и трубу, а те, что пройдут через турбину, вероятно, не выживут.

Если вы отведете только часть потока в вашем ручье через водозаборную сетку и позаботитесь о защите среды обитания, у рыб будет шанс выжить.

Вам потребуется согласие ресурса на установку микрогидросистемы, и в ходе этого процесса будет учитываться влияние на экологию ручья.

Техническое обслуживание

Микрогидросистемы требуют минимального обслуживания и долго служат при правильном проектировании. Требования к техническому обслуживанию не сложны, и большую часть работы вы можете выполнить самостоятельно.

Однако вам потребуются полные и четкие письменные инструкции от вашего поставщика — большинство продавцов не знакомы с этими системами.